【文章內(nèi)容簡介】 頻率產(chǎn)生模塊 本頻率計中頻率產(chǎn)生模塊采用 NE555 8 路時基電路作為頻率發(fā)生器，同時輔以 200K 電位器來改變脈沖寬度以獲得不同的頻率。主要用于檢測單片機的 C 程序是否能正確測出對應(yīng)的頻率。其主要應(yīng)用的電路是 NE555 集成電路的改變。NE555 集成電路有雙極型和 CMOS 型兩種 。 CMOS 型的 優(yōu)點是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高、但輸出功率較小，輸出驅(qū)動電流只有幾毫安。雙極型的優(yōu)點輸出功率大。雙驅(qū)動電流達 200 毫安，其他指標不如 COMS 型 。 555 的應(yīng)用電路很多，只要改變 NE555 集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成幾百種應(yīng)用電路。大體可分為 NE555 單穩(wěn)、 NE555 雙穩(wěn)及 NE555 無穩(wěn)，即振蕩器三類。本次設(shè)計圖 系統(tǒng)總體電路圖 第三章 硬件電路設(shè)計 11 11 的頻率計采用的是 NE555 無穩(wěn)振蕩器電路。 NE555 簡介及其主要特點 NE555 為 8 腳時基集成電路，大約在 1971 年由 Sigics Corporation 發(fā)布 ，在當(dāng)時是 唯一非常快速且商業(yè)化的 Timer IC， 在往后的 30 年中非常普遍被使用 ，且延伸出許多的應(yīng)用電路，后來基于 CMOS 技術(shù)版本的 Timer IC 如 MOTOROLA的 MC1455 已被大量的使用，但原規(guī)格的 NE555 依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版 IC 在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。 NE555 主要特點如下 ： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 ，可與 TTL， CMOS 等邏輯電路配合，也就是它的 輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配。 ，可直接推動多種自動控制的負載。 、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。 NE555 芯片引腳圖及引腳功能介紹 NE555 引腳功能介紹 : Pin 1 (接地 )：地線 (或共同接地 ) ，通常被連接到電路共同接地 。 Pin 2 (觸發(fā)點 )：這個腳位是觸發(fā) NE555 使 其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于 2/3VCC， 下緣須低于 1/3VCC 。 Pin 3 (輸出 )：輸出的電平狀態(tài)受觸發(fā)器控制， 而觸發(fā)器受上比較器 6 腳和下比較器 2 腳的控制。當(dāng)觸發(fā)器接受上比較器 1 從 R 腳輸入的高電平時，觸發(fā)器被置于復(fù)位狀 態(tài)， 3 腳輸出低電平， 2 腳和 6 腳是互補的 ， 2 腳 只對低電平起作用，高電平對它不起作用即電壓 小于 1UCC/3， 此時 ， 3 腳輸出高電平。 6 腳為 *值 端只對高電平起作用，低電平對它不起作用，即 圖 NE555 內(nèi)部功能框圖 第三章 硬件電路設(shè)計 12 12 輸入電壓大于 2UCC/3， 稱高觸發(fā)端。 3 腳輸出低電平 ,但有一個先決條件，即 2腳電位必須大于 1UCC/3 時才有效 。 3 腳在高電位接近電源電壓 UCC， 輸出電流最大可達 200mA。 Pin 4 (重置 )：當(dāng) 4 腳電位小于 時 ， 不管 6 腳狀態(tài)如何，輸出端 3 腳輸出低電平。 Pin 5 (控制 )：這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下 ,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定 )： Pin 6 重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從 1/3 VCC 電壓以下移至 2/3 VCC 以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電 )： 與 3 腳輸出同步 ,輸出電平一致 ,但 7 腳并不輸出電流 ,所以 3腳稱為實高或低 ,7 腳稱為虛高 。 Pin 8 (V +)： 這是 NE555 個計時器 IC 的正電源電壓端。供應(yīng)電壓 的范圍是+ 伏特 (最小值 )至 +16 伏特 (最大值 )。 NE555 芯片管腳介紹： NE555 集成電路是 8 腳封裝，雙列直插型。 如圖 所示。其中 6 腳稱 *值端 (TH)， 是上比 較器的輸入； 2 腳稱觸發(fā)端 （ TR） ，是下比較器 的輸入； 3 腳是輸出端 (Vo),它有 0 和 1 兩種狀態(tài) , 由輸入端所加的電平?jīng)Q定。 4 腳是復(fù)位端 （ MR）， 加上低電平時可是輸出為低電平 ； 5 腳控制電壓 端（ Vc），可用它改變上下觸發(fā)電平值； 7 腳是放 電端 （ DIS）， 它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定， 8 腳是電源端 ， 1 是接地端。 電路分析 本頻率計中的方波發(fā)生器電路為 NE555 振蕩器電路（無穩(wěn)電路） 。 由 NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖 所示 ,其工作波形 如 圖 所示 。 接通電源后電源 VDD 通過 R1 和 R2 對電容 C 充電 ,當(dāng) UcVDD/3 時 ,振蕩器輸出 Vo=1,放電管截止 。 當(dāng) Uc 充電到 ≥2VDD /3 后 ,振蕩器輸出 Vo 翻轉(zhuǎn)成 0,此時放電管導(dǎo)通 ,圖 NE555 芯片管腳圖介紹 第三章 硬件電路設(shè)計 13 13 使放電端 (DIS)接地 ,電容 C 通過 R2 對地放電 ,使 Uc 下降 。 當(dāng) Uc 下降到 ≤VDD/3后 ,振蕩器輸出 Vo 又翻轉(zhuǎn)成 1,此時放電管又截止 ,使放電端 (DIS)不接地。 電源VDD 通 過 R1 和 R2 又對電容 C 充電，又使 Uc 從 VDD /3 上 升 到 2VDD/3,觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始，從而在輸出端 Vo 得到連 續(xù)變化的振蕩脈沖波形 脈沖寬度 TL≈， 由電容 C 放電時間決定 ， TH=(R1+R2)C 式（ 321）， 電容 C 充電時間決定脈沖周期 : T≈TH+TL 式（ 332） 。 放大整形模塊 圖 原理圖 圖 波形圖 第三章 硬件電路設(shè)計 14 14 放大整形模塊的意義 因為在單片機計數(shù)中只能對脈沖波進行計數(shù)，而實際中需要測量頻率的信號是多種多樣的，有脈沖波、還有可能有正弦波、三角波等，所以需要一個電路。把待測信號轉(zhuǎn)化為可以進行計數(shù)的脈沖波。在我此次的設(shè)計中，放大整形模塊的作用就是將 NE555 輸出的待測信號轉(zhuǎn)化成可以計數(shù)的矩形波。 放大整形模塊原理 放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。它將正弦輸入信號 Vx 整形成同頻率方波 Vo 幅值過大的被測信號經(jīng)過分壓器分壓送入后級放大器，以避免 波形失真。由運算放大器構(gòu)成的射極跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高 。 同相輸入的運算放大器的放大倍數(shù)為 （ R1+R2） /R1， 改變 R1 的大小可以改變放大倍數(shù)，系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到閘門以便計算。 由于輸入的信號可以是正弦波、三角波，而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。在輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路 將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益時被測信號得以放大。 根據(jù)上述分析，放大電路放大整形電路采用高頻晶體管 3DG100 與 74LS00等組成 。 其中 3DG100 為 NPN 型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為fx 的周期信號如正弦波、三角波及方波等波進行放大。與非門 74LS00 構(gòu)成施密特 觸發(fā)器，它對放大器的輸出波形信號進行整形，使之成為矩形脈沖。具體放大整形模塊圖 所 示 。 圖 整形電路 第三章 硬件電路設(shè)計 15 15 電源模塊 電源模塊，顧名思義，為整個系統(tǒng) 提供合適又穩(wěn)定的電源 主要為單片機、頻率產(chǎn)生模塊以及顯示模塊提供電源 電壓要求穩(wěn)定、噪聲小及性價高的電源，考慮到環(huán)保因素、安全性以及展示方便性，我在此次硬件設(shè)計中加了 USB 接口，在有數(shù)據(jù)線的情況下，可以通過外接電源為此頻率計充電，大大提高了產(chǎn)品的可攜帶性、安全性以及環(huán)保性。 充電寶的定義及優(yōu)點 充電寶是指可以直接給移動設(shè)備充電且自身具有儲電單元的裝置。充電寶自身的充電插頭直接通過交流電源可以對移動設(shè)備充電且自身具有存電裝置，相當(dāng)于一個充電器和備用電池的混合體，相比備用電源而言可以簡化一個充電插 頭的裝置，而相比于充電器它又自身具有存電裝置，可以在沒有直電源或外出時給數(shù)碼產(chǎn)品提供備用電源。 充電寶其定義就是方便易攜帶的大容量隨身電源。它是一個集儲電，升壓，充電管理 充電寶的優(yōu)點 : ：充電寶能夠滿足多種數(shù)碼產(chǎn)品對電能的需求，不僅僅是數(shù)碼產(chǎn)品，還有很多其他便攜式設(shè)備，充電寶都可以兼容。 ：充電寶能夠保證相當(dāng)長時間內(nèi)的持續(xù)供電能力 。 ：目前的充電寶產(chǎn)品發(fā)展趨勢之一就是輕便型，就是保證產(chǎn)品足夠輕薄的情況下能夠具備較強的供電能力。 在我的畢設(shè)設(shè)計中，我給畢設(shè)選用的外接電源 是 “ 惠世通 ” 牌充電寶。其優(yōu)點是本應(yīng)急電源可適用于各 品牌系列智能手機及數(shù)碼產(chǎn)品充電。全新結(jié)構(gòu)、精致 設(shè)計、內(nèi)置智能充電及全面的過充、過放、過壓保護 電路，使用方便安全。如圖 所示 其技術(shù)規(guī)格如下 ： 圖 充電寶 結(jié)構(gòu) 第三章 硬件電路設(shè)計 16 16 輸入： DC5V500mA 輸出 ： DC5V600mA Max 容量： 4800mWh 執(zhí)行標準 ： GB494320xx 外觀尺寸：長 96（ mm） 、 寬 60（ mm） 、 厚 14（ mm） 單片機模塊 在我此次的硬件設(shè)計中，選用的是 STC89C52 單片機 。 STC89C52 單片機簡介 8 位單片機 是 MSC51 系列產(chǎn)品升級版 ，有 世界著名半導(dǎo)體公司 ATMEL 在購買 MSC51 設(shè)計結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢技術(shù)（掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術(shù)對舊技術(shù)改進和擴展，同時使用新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。此同時，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進行改進生產(chǎn)，推廣一批如 51 F02 等高性能單片機。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 4 個外部中斷 ， 一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器/計數(shù)器 、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz， 6T/12T 可選 。 STC89C52 單片機的特性 STC89C52 單片機內(nèi)部主要特性如下 ： 第三章 硬件電路設(shè)計 17 17 字節(jié)程序存儲空間 。 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間 。 2K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。 。 單片機 。 字節(jié)程序存儲空間 。 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間。 EEPROM 存儲空間。 STC89C52 單片機引腳圖及引腳功能介紹 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ， 4個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下 ， CPU 停止工作 ， 允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器、 串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52 單片機 引腳功能介紹 第三章 硬件電路設(shè)計 18 18 VCC： 電源電壓 。 GND： 接地 。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O。 作為輸出口 ， 每位能驅(qū)動 8個 TTL