【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，這樣檢測(cè)一次從1到0的跳變至少需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的1／24（使用12 MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500 kHz），因此采用74LS161進(jìn)行外部十分頻使測(cè)頻范圍達(dá)到2MHz。為了測(cè)量提高精度，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較低時(shí)，直接使用單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率值較高時(shí)采用外部十分頻后再計(jì)數(shù)測(cè)得頻率值。這兩種情況使用74LS151進(jìn)行通道選擇，由單片機(jī)先簡(jiǎn)單測(cè)得被測(cè)信號(hào)是高頻信號(hào)還是低頻信號(hào)，然后根據(jù)信號(hào)頻率值的高低進(jìn)行通道的相應(yīng)導(dǎo)通，繼而測(cè)得相應(yīng)頻率值。 74LS161芯片介紹74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。74LS161引腳如圖311所示。圖311 74LS161引腳圖時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3，清零/MR，使能CEP，CET，置數(shù)PE，數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3，以及進(jìn)位輸出TC (TC=Q0Q1Q2Q3CET)。表34為74161的功能表。表34 74161的功能表清零RD預(yù)置LD使能EP ET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入A B C D輸出Q0 Q1 Q2 Q3L L L L LHL 上升沿A B C DA B C DHHL 保 持HH L 保 持HHH H上升沿 計(jì) 數(shù)其中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì)數(shù)使能端，RCO(=)是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入一清零信號(hào)RD＝0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為0，即計(jì)數(shù)器清零。RD變?yōu)?后，加入一置數(shù)信號(hào)LD＝0，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同，這就是預(yù)置操作。接著EP=ET=1,在此期間74161一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0，ET＝1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QQQQ0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端QQQQ0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 分頻電路根據(jù)以上分析，采用74LS161進(jìn)行16分頻和JK觸發(fā)器512分頻設(shè)計(jì)分頻電路如圖312所示。圖312 分頻電路 顯示模塊顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。頻率值顯示電路采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值，使用三極管8550進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使數(shù)碼管亮度變亮，便于觀察測(cè)量。 數(shù)碼管介紹常見(jiàn)的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何種接口類型，兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖313所示。圖313 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖LED數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1～2 mA，最大極限電流也只有10～30 mA，所以它的輸入端在5 V電源或高于TTL高電平( V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。 頻率值顯示電路數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)不加驅(qū)動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管顯示數(shù)值看不清，不便于頻率值的測(cè)量與調(diào)試。因此加入74LS246進(jìn)行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。使用8位數(shù)碼管進(jìn)行頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要8個(gè)三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而采用共陽(yáng)極數(shù)碼管則需要74LS246驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)約成本，因此選用共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設(shè)計(jì)電路如圖314所示。圖314 數(shù)碼管顯示電路第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，敘述了各個(gè)模塊的程序流程圖，并介紹了軟件Keil和Proteus的使用方法和調(diào)試仿真。 軟件模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊，信號(hào)頻率測(cè)量模塊，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖41所示。頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（SP）、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，即用來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率。圖41系統(tǒng)軟件流程總圖首先定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，運(yùn)行控制位TR置1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值（即測(cè)量頻率的高量程）開始測(cè)量，計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為0，將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來(lái)后，運(yùn)行控制位TR置為1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號(hào)的下跳沿到來(lái)，運(yùn)行控制位TR清0，停止計(jì)數(shù)。16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為65535，當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)，先由硬件十分頻后再有定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測(cè)量的精度和范圍。本次設(shè)計(jì)由于本人知識(shí)的有限，所以設(shè)計(jì)的系統(tǒng)并不是最理想的。例如可以采用脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法和脈沖周期測(cè)頻法相結(jié)合，在高頻的時(shí)候采用脈沖數(shù)定時(shí)測(cè)頻法，在低頻率的時(shí)候采用周期測(cè)頻法。此法可保證測(cè)頻過(guò)程中精度一直很高，但實(shí)現(xiàn)的電路和程序都將很復(fù)雜。還可以用外部計(jì)數(shù)器和單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器共同計(jì)數(shù)來(lái)代替用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行定時(shí)，這樣測(cè)量的精度可以進(jìn)一步提高，但相對(duì)的端口分配和控制會(huì)相對(duì)復(fù)雜一些。 中斷服務(wù)子程序T1中斷服務(wù)子程序流程如圖42所示。測(cè)頻時(shí),定時(shí)器T1 工作在定時(shí)方式,每次定時(shí)50mS ,則T1 中斷20 次正好為1秒,即T1用來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào),定時(shí)器T1 用作計(jì)數(shù)器,對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù),每秒鐘的開始啟動(dòng)T1 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉T1 ,則定時(shí)器T1 之值乘以分頻系數(shù)就為待測(cè)信號(hào)的頻率。圖42 T1中斷服務(wù)子程序定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0工作在計(jì)數(shù)方式, 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器0中斷流程圖如圖43所示。圖43 計(jì)數(shù)器T0中斷服務(wù)子程序 顯示子程序顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來(lái),由于所有8 位數(shù)碼管的8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的P2口 控制,因此,在每一瞬間8位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符,在此瞬間,段選控制口P2輸出相應(yīng)字符。, 每位保持1mS ,在10mS～20mS 之內(nèi)再點(diǎn)亮一次,重復(fù)不止,利用人的視角暫留,好像8 位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示子程序流程如圖44所示。圖44 顯示子程序流程圖 應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介此設(shè)計(jì)需要在Keil軟件平臺(tái)上完成程序的調(diào)試,在Proteus軟件平臺(tái)上完成仿真顯示。因此介紹如何使用Keil和Proteus進(jìn)行軟件的仿真。 Keil簡(jiǎn)介Keil軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機(jī)的軟件，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。而Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。（1）建立工程文件點(diǎn)擊“ProjectNew project”菜單，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求給將要建立的工程起一個(gè)名字，你可以在編緝框中輸入一個(gè)名字,點(diǎn)擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個(gè)對(duì)話框，按要求選擇目標(biāo)器件片。建立新文件并增加到組。分別設(shè)置“target1”中的“Target,output,debug”各項(xiàng)，使程序匯編后產(chǎn)生HEX文件。（2）匯編，調(diào)試系統(tǒng)程序Keil 單片機(jī)模擬調(diào)試軟件內(nèi)集成了一個(gè)文本編輯器，用該文本編輯器可以編輯源程序。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File → New...”、單擊對(duì)應(yīng)的工具按鈕或者快捷鍵Ctrl +N 將打開一個(gè)新的文本編輯窗口，完成匯編語(yǔ)言源文件的輸入，并且完成源程序向當(dāng)前工程的添加。然后在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“File→Save As...”可以完成文件的第一次存儲(chǔ)。注意，匯編語(yǔ)言源文件的擴(kuò)展名應(yīng)該是“ASM”，它應(yīng)該與工程文件存儲(chǔ)在同一文件夾之內(nèi)。在完成文件的第一次存儲(chǔ)以后，當(dāng)對(duì)匯編語(yǔ)言源文件又進(jìn)行了修改，