【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 11 模塊 、單片機(jī) 模塊 和數(shù)據(jù)顯示 模塊 以及其他輔助電路 。 系統(tǒng)時(shí)鐘采用內(nèi)部晶振方式，約為 12MHz。 本數(shù)字頻率計(jì)的工作原理：待測(cè)信號(hào)通過(guò)接口輸入信號(hào)整形部分 LM311，整流模塊 LM311 將未知信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的方波，整流出來(lái)的方波通過(guò)分頻器 CD4518，然后信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)選擇器 74LS151，數(shù)據(jù)選擇器 74LS151 將最后的選擇結(jié)果傳輸給單片機(jī) AT89C52，此時(shí)由單片機(jī) AT89C52 來(lái)控制選擇不同的分頻信號(hào)，并將信號(hào)的頻率計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的顯示代碼發(fā)往液晶顯示器 12864LCD 輸出顯示結(jié)果。 信號(hào)整 形電路 信號(hào)整形電路論證 我們可以有很多種方法將未知轉(zhuǎn)換成方波，例如我們學(xué)過(guò)的施密特觸發(fā)器，傳統(tǒng)的運(yùn)放，以及過(guò)零比較器等等。施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩。施密特觸發(fā)器的電路連接圖如圖 所示 圖 施密特觸發(fā)器 慢的周期性信號(hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅 度達(dá)到某一值時(shí)，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。由傳統(tǒng)運(yùn)放組成的能將信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖的電路連接如圖 所示。 在本次設(shè)計(jì)中我選用的是過(guò)零比較器，此過(guò)零比較器由一個(gè) LM311 構(gòu)成， 它可以將正弦波變成所需要的方波，而且 LM311 的轉(zhuǎn)換速度為 200ns，帶寬增益為一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 12 4MHz，符合本設(shè)計(jì)的要求。 圖 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 過(guò)零比較器整形方案設(shè)計(jì) 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要由 LM311 構(gòu)成，如下圖 所示：它是一個(gè)過(guò)零比較器，其 1腳接地， 2 腳作為輸入端， 3 腳與 1 腳相連并接一個(gè)阻值 為 1K 的滑動(dòng)變阻器。 4 腳與8 腳分別接 12V 及 +12V 直流電壓。 5， 6腳懸空， 7 腳作為輸出端，并接一個(gè) 5K 的上拉電阻及 +5V 直流電壓。這樣，當(dāng)正弦信號(hào)通過(guò)這個(gè)過(guò)零比較器的時(shí)候，將會(huì)被處理 圖 一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 13 成方波輸出?？紤]到待測(cè)頻率可能較高，而 LM311 的轉(zhuǎn)換速度 200ns，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 信號(hào)分頻與數(shù)據(jù)選擇電路 分頻與數(shù)據(jù)選擇是由兩個(gè)部分組成的，即分頻部分和數(shù)據(jù)選擇部分。 分頻部分我選用的是 CD4518 如圖 所示。 CD 4518 采用并行進(jìn)位方式，只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元 Q1 翻轉(zhuǎn)一次：當(dāng) Q1 為 1， Q4 為 0 時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元 Q2 翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng) Q1=Q2=1 時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖 Q3 翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或 Q1=Q4=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖 Q4 翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài) （ “0”態(tài)）開始計(jì)數(shù)，每輸入 10個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元便自動(dòng)回復(fù)到 “0” 態(tài)。 利用這一性質(zhì)我們就可以通過(guò)兩片 CD4518 芯片得到十分頻、一百 分頻、一千分頻、一萬(wàn)分頻的脈沖信號(hào)。 數(shù)據(jù)選擇部分我選用的是 74LS151，其引腳圖如圖 所示。 74LS151 為互補(bǔ)輸出的 8 選 1 數(shù)據(jù)選擇器。使能端為 1時(shí)，不論引腳 11 狀態(tài)如何，均無(wú)輸出，多 圖 CD4518引腳圖 圖 74LS151 路開關(guān)被禁止。使能端為 0 時(shí)，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼，即引腳 11 的狀態(tài)選擇 I0到 I7 中某一個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端。如此說(shuō)來(lái)只需將原信號(hào)接I0，再分別將分頻器分出 的十分頻、一百分頻、一千分頻、一萬(wàn)分頻的脈沖信號(hào)接八路模擬開關(guān) 74LS151 的 I I I I I5口，使用單片機(jī)通過(guò)引腳 1 9 控一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 14 制 74LS151 來(lái)選擇不同分頻信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)所要功能了。具體連接方式如圖 所示。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)為 AT89C52 單片機(jī)，系統(tǒng)主要由晶振電路，復(fù)位電路與單片機(jī)芯片組成。 晶振電路由一個(gè) 12M 的晶振外加兩個(gè) 30pf 的電容組成。由晶振兩端引出的兩個(gè)引腳和單片機(jī)的 X1和 X2 相連。 復(fù)位電路由一個(gè)按鍵，兩個(gè)電阻，和一個(gè)電容組成，兩個(gè)電阻的阻 值分別為 100歐姆和 10K 歐姆，其中 10K 歐姆的電阻要求與地相連。復(fù)位電路與單片機(jī)上的 RESET腳相連。 單片機(jī)上的 INT0 管腳作為信號(hào)的輸入端， P20— P23 口作為與 LCD 連接的接口，以便控制其顯示。具體的連接方法如圖 所示。 圖 分頻數(shù)據(jù)選擇器 一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 15 如圖 單片機(jī)系統(tǒng) 顯示方案論證 LED 方案 七段數(shù)碼管，如圖 。對(duì)于 LED 七段數(shù)碼管，有其自身的優(yōu)勢(shì)，如 無(wú)汞、節(jié)能、節(jié)材、對(duì)環(huán)境無(wú)電磁 干擾、無(wú)有害射線等。此外， LED 七段數(shù)碼管采用 低壓供一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 16 電 ,無(wú)高壓環(huán)節(jié)，為了絕緣的開銷要小很多，比較經(jīng)濟(jì)，而且可靠性高。它附件簡(jiǎn)單，無(wú)啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器或超高壓變壓器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有固體光源的最大優(yōu)點(diǎn)，不充氣，無(wú)玻璃外殼，無(wú)氣體密封問題，耐沖擊。而且編程簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。色彩純厚，由半導(dǎo)體 PN 結(jié)自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚，柔和不刺眼。無(wú)需維護(hù)， 10 萬(wàn)小時(shí)壽命，可以使用 50 年，大大減少使用期間的維護(hù)費(fèi)用。但是它的字符顯示能力有限，無(wú)法根據(jù)用戶的要求顯示更為復(fù)雜的文字。 LCD12864 方案 液晶顯示 器 LCD12864，如圖 所示。對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō) 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 圖 七段數(shù)碼管 圖 12864LCD 帶中文字庫(kù)的 128X64 是一種具有 4位 /8位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方 式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 綜合各方面的考慮，在本次設(shè)計(jì)中我采用的帶中文字庫(kù)的 12864LCD 液晶顯示器。 一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 17 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)軟件部分采用了 MCS51 匯編語(yǔ)言編制，采用了結(jié)構(gòu)化，模塊化的 程序設(shè)計(jì)方法。包括了主程序、外部中斷 0 子程序、外部中斷 1 子程序、 IC 卡與 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 的讀寫軟件設(shè)計(jì)、 顯示子程序 等模塊組成。本章還給出了詳細(xì)的流程圖。 具體程序見附錄 B。 軟件編程思 路 首先，系統(tǒng)要初始化。接著要使用一個(gè)循環(huán)做延時(shí)程序，算出益處的終端個(gè)數(shù)，此時(shí)控制 74LS151 選擇需要的通道聯(lián)通，通道的選擇要盡量考慮到單片機(jī)所能計(jì)算的頻率值，然后記下分頻倍數(shù)作為后期處理數(shù)據(jù)之用。若采用了分頻，則將單片機(jī)算出的數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的分頻數(shù)使其還原為最初頻率，若 沒有分頻，則將數(shù)據(jù)直接處理為符合 12864LCD 顯示的數(shù)據(jù)送顯示模塊顯示。 各個(gè)子模塊軟件設(shè)計(jì)及流程圖 計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，本系統(tǒng)的主要工作都是由它來(lái)完成的。當(dāng)計(jì)數(shù)模塊開始工作，首先檢測(cè)一下模塊的輸入復(fù)位信號(hào)是否有效為高電平，如果有效，則將模塊內(nèi)的變量復(fù)位，同時(shí)將輸出信號(hào)復(fù)位。如果不