【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1的管腳 具體介紹如 下面 ： 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 電源引腳： 40管腳是 VCC，和 20管腳是 GND。 外接晶振管腳： 19管腳是 XTAL1， 20管腳是 XTAL2。 控制引腳： 復(fù)位管腳是 19管腳，只要該引腳出現(xiàn) 2個(gè)周期以上的高電平，單片機(jī)就會(huì)初始 化。 地址鎖存管腳是 30管腳。 外部存儲(chǔ)器選通是 29管腳。 程序存儲(chǔ)內(nèi)外部選擇是 31管腳。 可編程輸入 /輸出引腳 ： AT89C51單片機(jī)有 4組 8位的可編程 I/O口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8根引腳），共 32根。 如圖 。主要由電源電路、復(fù)位電路和晶振電路組成。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1單片機(jī)12Y212MHZ30pFC730pFC8S1SWPB10KR110uFC1+5V 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89C51兼容了傳統(tǒng)的 51單片機(jī)，而 51 單片機(jī)運(yùn)行需要進(jìn)行有效的上電服務(wù)，是單片機(jī)內(nèi)部能夠準(zhǔn)確的知道什么時(shí)候可以進(jìn)行初始化操作。這種能 夠讓單片機(jī)知道什么時(shí)候初始化的電路叫做復(fù)位電路。其原理就是，當(dāng) AT89C51的第 9出現(xiàn)了 2個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平時(shí)，整個(gè)單片大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 機(jī)芯片的內(nèi)部系統(tǒng)就進(jìn)行初始化操作。如圖 ，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的上電復(fù)位電路。系統(tǒng)一上電，電解電容進(jìn)行充電， VCC 通過(guò)電解電容使單片機(jī)的第九管腳有高電平，然后電解電容充電完成后，通交阻直，復(fù)位管腳被拉低，一個(gè)復(fù)位過(guò)程就結(jié)束了，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入初始化。 按鍵 S1 的作用，在上電后的任意時(shí)間里面，只要按下 S1 鍵，就能夠把 VCC 通過(guò)按鍵傳遞給單片機(jī)的第 9引腳。這樣，單片機(jī)就可以在不斷電的過(guò)程中復(fù)位。 S1SWPB10KR110uFC1+5V 圖 復(fù)位電路 外部晶振時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)運(yùn)行除了要進(jìn)行有效上電復(fù)位，還需要給單片機(jī)提供時(shí)序，來(lái)讓單片機(jī)內(nèi)部的程序一步一步的進(jìn)行執(zhí)行。如圖 所示，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的晶振電路， 2個(gè)旁路電容的作用下，晶振對(duì)2個(gè)單片機(jī)的關(guān)鍵進(jìn)行波形產(chǎn)生，提供時(shí)序。 12Y212MHZ30pFC730pFC8 圖 晶振電路的設(shè)計(jì) 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 1602 液晶顯示屏簡(jiǎn)介 顯示部分可以直觀地顯示出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及工作數(shù)據(jù)，是在系統(tǒng)中人機(jī)交互中非常重要的一 部分。單片機(jī)系統(tǒng)中常常使用不同的顯示器來(lái)作為人機(jī)交互，在這里系統(tǒng)需要顯示頻率值。所以本文 選用的為 1602液晶顯示器。 LCD1602 液晶顯示器之所以被廣泛的叫做 1602，是因?yàn)樗梢燥@示 16 列和 2 行，可以同時(shí)顯示 32 個(gè)字符的液晶顯示屏，有單獨(dú)供電的背光電路，可以在夜晚很好的顯示。液晶的灰度也能調(diào)制。方便顯示。 如圖 LCD液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電路。液晶顯示的控制端， RS， RW， E接到單片機(jī)的 ,，數(shù)據(jù)段接到單片機(jī)的 PO口上，由于 AT89C51單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻，所以再處理輸入輸出信號(hào)的時(shí)候，需要加上拉電阻。 1 2 3 4 5 6 7 8 9P1 10K 排阻VSS1VCC2VEE3RS4RW5EN6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1lcd1602+5V10KR2+5V+5V+5V 圖 LCD 液晶顯示電路 三 極管放大電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) 的 IO口只能識(shí)別 0和 1的數(shù)字信號(hào) ， 當(dāng)輸入的待測(cè)信號(hào)不能達(dá)到單片機(jī)的 IO口閥值，單片機(jī)就不能進(jìn)行大小的判斷，所以需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理，是之適合單片機(jī)電路，這里使用了利用三極管 8050做的 三極管放大電路 來(lái) 對(duì) 待測(cè)的輸入 信號(hào)進(jìn)行放大 處理。 電路圖如圖 所示。 P2為輸入波形接口， P3為輸出與本電路共地點(diǎn)。 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 U280501000uF C23KR41KR512P2300R368R6C41000uFC5+5V12P3頻率輸入 圖 三極管放大電路 其中電路中的 R4和 R5 共同作用下給三極管的基極提供 合適偏置?；鶚O 電壓可以由 公式 31求得。 (31) 由于 8050三極管 是 PNP 型的，所以 基極 B 和發(fā)射極 E之間的壓降 約 為 ，因此發(fā)射極 E的電壓可以由 公式 32 求得 : ? ? ? (32) 由于 三極管中 C極的電流約等于 E極的電流，如公式 33所示。 ceII? (33) 根據(jù)歐姆定律， E極上面的電流是發(fā)射極 E的電壓除以發(fā)射極上面的電阻 R6，如公式 34所示。 (34) 根據(jù)上面的公式可以得知 C極的電壓公式，也就是三極管的 直流靜態(tài)工作點(diǎn) 計(jì)算公式如 35所示。 * 3 VCC I R V? ? ? (35) 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì) 只是計(jì)算頻率，所以只需要處理交流信號(hào)， 因此 設(shè)計(jì)的三極管放大電路的 輸入端需要 采用的大電容 進(jìn)行交流耦合隔絕直流 成分， 三極管的 放大倍數(shù) A可以由 公式 36所示 。 *5 1 .2 545b VCC RV RR??? VI maR??大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 453 1 .2 56 / / / /CCRA R R R?? (36) 這個(gè)公式中 RC4 和 RC5 分別為 C4 和 C5 的 交流等效阻抗。但是放大倍數(shù)最終會(huì)受限于 8050的電流放大系數(shù)，所以 最終 的放大倍數(shù)最多 數(shù)百倍， 但是本系統(tǒng) 只是需要把小信號(hào)放大到能讓單片機(jī)識(shí)別的波形，即使出現(xiàn)了上限截止也沒(méi)有關(guān)系。不會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。 整形模塊設(shè)計(jì) 輸入的波形經(jīng)過(guò)三極管放大電路放大后，能夠達(dá)到數(shù)字電路采集的標(biāo)準(zhǔn)，但是頻率計(jì)的輸入波形可能是正弦波，也可能是方波，也可能是其他不規(guī)則的波形，存在著上升沿不夠陡峭的現(xiàn)象，為了使單片機(jī)更準(zhǔn)確的采集到信號(hào)，需要 整形電路對(duì)待測(cè)的信號(hào)進(jìn)行整形。 這里使用了施密特觸發(fā)器 74HC14對(duì)三極管放大電路輸出的信號(hào)進(jìn)行整形。電路圖如圖 。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U374HC14+5V 圖 施密特觸發(fā)器電路原理圖 如電路圖所示前級(jí)三極管放大的 輸入信號(hào)從 74HC14 芯片的 1號(hào)腳輸入， 74HC14芯片是一個(gè)含有 6個(gè)施密特觸發(fā)器 的芯片，本設(shè)計(jì)考慮到充分的使用到這個(gè)芯片的功能， 使用了其中三個(gè) 觸發(fā)器 。整形后的信號(hào)從芯片的 6號(hào)腳輸出。 分頻模塊設(shè)計(jì) 74HC390芯片介紹 當(dāng)待測(cè)的信號(hào)頻率比較高的時(shí)候，單片機(jī)沒(méi)法直接進(jìn)行處理，這個(gè)頻率點(diǎn)大約在 200Khz，當(dāng)頻率低于 200Khz 單片機(jī)進(jìn)行處理，完全沒(méi)有問(wèn)題，當(dāng)高于這個(gè)頻率，就需要 分頻電路 來(lái)進(jìn)行處理了，為了解決這個(gè)問(wèn)題，本 設(shè)計(jì)加入了一個(gè) 100分頻的計(jì)數(shù)器。當(dāng)頻率 高于閥值頻率 的時(shí)候單片機(jī) 就去 計(jì)算 待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò) 分頻后的信號(hào)，當(dāng)頻率低于 閥值頻率 的時(shí)候 就直接 計(jì)算分頻前的信號(hào)。 通過(guò)這樣分檔處理，就能夠達(dá)到擴(kuò)大量程的作用。 分頻電路 一般采用 的是 十 進(jìn)制計(jì)數(shù)器如 74HC290、 74HC390等來(lái)實(shí)現(xiàn) 10分頻 計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 功能。 在 本次設(shè)計(jì)中選擇 使用了 74HC390。 他有 2 個(gè)異步的計(jì)數(shù)器，每一個(gè)計(jì)數(shù)器上均有一個(gè)異步清零端， 只要給高電 平就能夠進(jìn)行清零。本設(shè)計(jì) 需 要設(shè)計(jì)的是 100分頻電路，因此 這個(gè) 74HC390芯片 內(nèi)部 的兩個(gè)計(jì)數(shù)器都要被用上 ，分別都設(shè)置成 10計(jì)數(shù)器。 其中電路圖如圖 。 1CP011MR21Q031CP141Q151Q261Q37GND82Q392Q2102Q1112CP1122Q0132MR142CP015VCC16U474HC390+5V 圖 74HC390 分頻電路原理圖 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 程序代碼選定 本設(shè)計(jì)利用 C語(yǔ)言 程序的編寫(xiě)。 C語(yǔ)言是專(zhuān)門(mén)用來(lái)編譯程序而設(shè)計(jì)出的一種語(yǔ)言，它包含了很多高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并且可以將這些語(yǔ)言整理翻譯， C 語(yǔ)言可以編寫(xiě)出程序進(jìn)而對(duì)位、字節(jié)和地址信息進(jìn)行各種操作?，F(xiàn)在大部分軟件開(kāi)發(fā)都使用 C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě) 程序。用 C語(yǔ)言編寫(xiě)出的程序本身和機(jī)器硬件無(wú)太大聯(lián)系，基本上不做改動(dòng)就可以在各個(gè)單片機(jī)間自由使用。由于是大部分單片機(jī)系統(tǒng)都可識(shí)別的語(yǔ)言，用其做開(kāi)發(fā)可以很大程度上縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高效率，更大程度上使每個(gè)程序都可讀，便于程序的改進(jìn)、擴(kuò)充和移植。 如何進(jìn)行編程 Keil 51 是一款專(zhuān)門(mén)用于開(kāi)發(fā)單片機(jī)內(nèi)部程序的專(zhuān)業(yè)編程軟件， 本文選擇 使用的是 AT89C51，也是 51系列的一種單片機(jī)，可以在開(kāi)發(fā)的時(shí)候，直接選用 AT89C51。然后 keil可以支持匯編也可以支持 C語(yǔ)言，本文選擇使用的是效率高的 c語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。 而且 Keil 51軟件的界面也是常用的 windows界面，操作起來(lái)比較順手，上手簡(jiǎn)單，可以多人分層次的進(jìn)行模塊化編程，能夠大大提高整個(gè)系統(tǒng)編程的效率。 整個(gè)單片機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的單片機(jī)編程流程如下： 首先需要使用 keil來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的工程項(xiàng)目，項(xiàng)目的名字就可以起成能夠便于識(shí)別的文件名，然后選擇芯片，通過(guò)不同公司點(diǎn)擊選擇這個(gè)公司生產(chǎn)的某一種單片機(jī)芯片。 然后配置開(kāi)發(fā)環(huán)境。比如說(shuō)需要輸出 HEX文件。 新建一個(gè)空文檔，用 C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言創(chuàng)建源代碼，如果是 C語(yǔ)言，文件就要保存為 .c文件，如果是匯編語(yǔ)言 ，文件就要保存為 .ASM文件。 然后在這個(gè)文件里面編寫(xiě)程序，如果有多個(gè)文件，都需要添加到工程里面，然后編譯，如果軟件顯示有語(yǔ)法錯(cuò)誤的提示，就需要根據(jù)錯(cuò)誤提示找到源程序?qū)?yīng)的位置進(jìn)行修改源代碼。 當(dāng)把所有的語(yǔ)法錯(cuò)誤都修改好后，再次進(jìn)行編譯。這里需要強(qiáng)調(diào)的是， Keil 軟件編程環(huán)境只能頭顯示語(yǔ)法錯(cuò)誤，沒(méi)有辦法顯示邏輯錯(cuò)誤，當(dāng)確定沒(méi)有任何錯(cuò)誤的時(shí)候，就開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)的操作，生成 HEX 文件即可。 軟件設(shè)計(jì)的模塊 軟件編程部分是整個(gè) 單片機(jī) 系統(tǒng)是否能夠按照 之前設(shè)計(jì)好的思路進(jìn)行操作的 必要之處。 本設(shè)計(jì) 的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用的是分模塊化的設(shè)計(jì)思路， 主要 是 由 單片機(jī) 主程序 初始化 、頻率測(cè)量 轉(zhuǎn)換 、液晶 1602 顯示這三個(gè)基本的程序 組成 。 初始化 模塊主要是對(duì)各變量進(jìn)行初始化， 變量初始化， 定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器初始化。 頻率測(cè)量模塊模塊是利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，定時(shí)器來(lái)進(jìn)行操作，也是精度制約的一個(gè)地方 。通過(guò)軟件編程計(jì)算 單位 里面的脈沖個(gè)數(shù)。 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)