【文章內(nèi)容簡介】 1的管腳 具體介紹如 下面 ： 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 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個周期以上的高電平，單片機就會初始 化。 地址鎖存管腳是 30管腳。 外部存儲器選通是 29管腳。 程序存儲內(nèi)外部選擇是 31管腳。 可編程輸入 /輸出引腳 ： AT89C51單片機有 4組 8位的可編程 I/O口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 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12Y212MHZ30pFC730pFC8S1SWPB10KR110uFC1+5V 圖 單片機最小系統(tǒng) 復(fù)位電路設(shè)計 AT89C51兼容了傳統(tǒng)的 51單片機，而 51 單片機運行需要進行有效的上電服務(wù)，是單片機內(nèi)部能夠準(zhǔn)確的知道什么時候可以進行初始化操作。這種能 夠讓單片機知道什么時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個時鐘周期以上的高電平時，整個單片大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 機芯片的內(nèi)部系統(tǒng)就進行初始化操作。如圖 ，就是一個標(biāo)準(zhǔn)的上電復(fù)位電路。系統(tǒng)一上電，電解電容進行充電， VCC 通過電解電容使單片機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，一個復(fù)位過程就結(jié)束了，系統(tǒng)就會進入初始化。 按鍵 S1 的作用，在上電后的任意時間里面，只要按下 S1 鍵，就能夠把 VCC 通過按鍵傳遞給單片機的第 9引腳。這樣，單片機就可以在不斷電的過程中復(fù)位。 S1SWPB10KR110uFC1+5V 圖 復(fù)位電路 外部晶振時鐘電路設(shè)計 單片機運行除了要進行有效上電復(fù)位，還需要給單片機提供時序，來讓單片機內(nèi)部的程序一步一步的進行執(zhí)行。如圖 所示，就是一個標(biāo)準(zhǔn)的晶振電路， 2個旁路電容的作用下，晶振對2個單片機的關(guān)鍵進行波形產(chǎn)生，提供時序。 12Y212MHZ30pFC730pFC8 圖 晶振電路的設(shè)計 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 1602 液晶顯示屏簡介 顯示部分可以直觀地顯示出整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及工作數(shù)據(jù)，是在系統(tǒng)中人機交互中非常重要的一 部分。單片機系統(tǒng)中常常使用不同的顯示器來作為人機交互，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，是因為它可以顯示 16 列和 2 行，可以同時顯示 32 個字符的液晶顯示屏，有單獨供電的背光電路，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)動電路。液晶顯示的控制端， RS， RW， E接到單片機的 ,，數(shù)據(jù)段接到單片機的 PO口上，由于 AT89C51單片機沒有內(nèi)部上拉電阻，所以再處理輸入輸出信號的時候，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 單片機 的 IO口只能識別 0和 1的數(shù)字信號 ， 當(dāng)輸入的待測信號不能達到單片機的 IO口閥值，單片機就不能進行大小的判斷，所以需要對輸入信號進行放大處理，是之適合單片機電路，這里使用了利用三極管 8050做的 三極管放大電路 來 對 待測的輸入 信號進行放大 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。 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 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 計算公式如 35所示。 * 3 VCC I R V? ? ? (35) 因為本設(shè)計 只是計算頻率，所以只需要處理交流信號， 因此 設(shè)計的三極管放大電路的 輸入端需要 采用的大電容 進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 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 453 1 .2 56 / / / /CCRA R R R?? (36) 這個公式中 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) 只是需要把小信號放大到能讓單片機識別的波形，即使出現(xiàn)了上限截止也沒有關(guān)系。不會對結(jié)果造成影響。 整形模塊設(shè)計 輸入的波形經(jīng)過三極管放大電路放大后，能夠達到數(shù)字電路采集的標(biāo)準(zhǔn)，但是頻率計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，為了使單片機更準(zhǔn)確的采集到信號，需要 整形電路對待測的信號進行整形。 這里使用了施密特觸發(fā)器 74HC14對三極管放大電路輸出的信號進行整形。電路圖如圖 。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U374HC14+5V 圖 施密特觸發(fā)器電路原理圖 如電路圖所示前級三極管放大的 輸入信號從 74HC14 芯片的 1號腳輸入， 74HC14芯片是一個含有 6個施密特觸發(fā)器 的芯片，本設(shè)計考慮到充分的使用到這個芯片的功能， 使用了其中三個 觸發(fā)器 。整形后的信號從芯片的 6號腳輸出。 分頻模塊設(shè)計 74HC390芯片介紹 當(dāng)待測的信號頻率比較高的時候，單片機沒法直接進行處理，這個頻率點大約在 200Khz，當(dāng)頻率低于 200Khz 單片機進行處理，完全沒有問題，當(dāng)高于這個頻率，就需要 分頻電路 來進行處理了，為了解決這個問題，本 設(shè)計加入了一個 100分頻的計數(shù)器。當(dāng)頻率 高于閥值頻率 的時候單片機 就去 計算 待測信號經(jīng)過 分頻后的信號，當(dāng)頻率低于 閥值頻率 的時候 就直接 計算分頻前的信號。 通過這樣分檔處理，就能夠達到擴大量程的作用。 分頻電路 一般采用 的是 十 進制計數(shù)器如 74HC290、 74HC390等來實現(xiàn) 10分頻 計數(shù)單元的計數(shù)大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 功能。 在 本次設(shè)計中選擇 使用了 74HC390。 他有 2 個異步的計數(shù)器，每一個計數(shù)器上均有一個異步清零端， 只要給高電 平就能夠進行清零。本設(shè)計 需 要設(shè)計的是 100分頻電路，因此 這個 74HC390芯片 內(nèi)部 的兩個計數(shù)器都要被用上 ，分別都設(shè)置成 10計數(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 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計 程序代碼選定 本設(shè)計利用 C語言 程序的編寫。 C語言是專門用來編譯程序而設(shè)計出的一種語言，它包含了很多高級語言的特點，并且可以將這些語言整理翻譯， C 語言可以編寫出程序進而對位、字節(jié)和地址信息進行各種操作。現(xiàn)在大部分軟件開發(fā)都使用 C語言來編寫 程序。用 C語言編寫出的程序本身和機器硬件無太大聯(lián)系，基本上不做改動就可以在各個單片機間自由使用。由于是大部分單片機系統(tǒng)都可識別的語言，用其做開發(fā)可以很大程度上縮短開發(fā)時間，提高效率，更大程度上使每個程序都可讀，便于程序的改進、擴充和移植。 如何進行編程 Keil 51 是一款專門用于開發(fā)單片機內(nèi)部程序的專業(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，可以在開發(fā)的時候，直接選用 AT89C51。然后 keil可以支持匯編也可以支持 C語言，本文選擇使用的是效率高的 c語言進行編寫。 而且 Keil 51軟件的界面也是常用的 windows界面，操作起來比較順手，上手簡單，可以多人分層次的進行模塊化編程，能夠大大提高整個系統(tǒng)編程的效率。 整個單片機開發(fā)項目的單片機編程流程如下： 首先需要使用 keil來創(chuàng)建一個新的工程項目，項目的名字就可以起成能夠便于識別的文件名，然后選擇芯片，通過不同公司點擊選擇這個公司生產(chǎn)的某一種單片機芯片。 然后配置開發(fā)環(huán)境。比如說需要輸出 HEX文件。 新建一個空文檔，用 C 語言或者匯編語言創(chuàng)建源代碼，如果是 C語言，文件就要保存為 .c文件，如果是匯編語言 ，文件就要保存為 .ASM文件。 然后在這個文件里面編寫程序，如果有多個文件，都需要添加到工程里面，然后編譯，如果軟件顯示有語法錯誤的提示，就需要根據(jù)錯誤提示找到源程序?qū)?yīng)的位置進行修改源代碼。 當(dāng)把所有的語法錯誤都修改好后，再次進行編譯。這里需要強調(diào)的是， Keil 軟件編程環(huán)境只能頭顯示語法錯誤，沒有辦法顯示邏輯錯誤，當(dāng)確定沒有任何錯誤的時候，就開始進行后續(xù)的操作，生成 HEX 文件即可。 軟件設(shè)計的模塊 軟件編程部分是整個 單片機 系統(tǒng)是否能夠按照 之前設(shè)計好的思路進行操作的 必要之處。 本設(shè)計 的系統(tǒng)軟件設(shè)計采用的是分模塊化的設(shè)計思路， 主要 是 由 單片機 主程序 初始化 、頻率測量 轉(zhuǎn)換 、液晶 1602 顯示這三個基本的程序 組成 。 初始化 模塊主要是對各變量進行初始化， 變量初始化， 定時器 /計時器初始化。 頻率測量模塊模塊是利用單片機的計數(shù)器，定時器來進行操作，也是精度制約的一個地方 。通過軟件編程計算 單位 里面的脈沖個數(shù)。 大連海洋大學(xué)畢業(yè)設(shè)計