【正文】 最后， 感謝各位評審老師在百忙中抽出時間對論文進行審稿、參加答辯，并對 加答辯會的老師和同學表示謝意。還有在我大學 三年 悉心教導我的老師們，是你們教會我很多有用的知識，特別是教會了我解決問題思考問題的方式和習慣，我在做 論文的時候才能有自己的思想和規(guī)劃， 論文工作 才 有了目標和方向。 劉 老師多次詢問研究 進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。通過這次畢業(yè)設計，我分析問題 和解決問題的能力有所提高，也鞏固了所學的知識，加深了對理論知識的理解，更重要的是鍛煉自己的獨立性，為我今后的工作和學習打下堅實的基礎。在畢業(yè)設計中我的很多方面的能力都得到了提高，尤其在單片機軟件編程方面讓我感觸頗深。面對存在的困難首先分析問題根據(jù)目的要求確定可實現(xiàn)的部分，定出那不準的方面找同學和老師討論研究，再完善、再修改、再發(fā)現(xiàn)問題、再解決培養(yǎng)了自己的耐心、恒心及遇事不亂的精神。其次 掌握了 C語言的編寫程序，學會了使用 PROTUTES 和 KEIL 的仿真來實現(xiàn) ，同時掌握了如何收集、查閱、應用文獻資料，如何根據(jù) 實際需要有選擇的閱讀書籍和正確確定系統(tǒng)所要使用的元器件的類型 。通過本次畢業(yè)設計我得到了很多收獲。 頻率計的設計 28 第六章 總結(jié) 畢業(yè)設計已經(jīng)結(jié)束，通過這次設計，我受益匪淺。但是在硬件調(diào)試中，可能是由于 標準元器件本身誤差，如隨著時間的延長，其值相比出廠時產(chǎn)生誤差；造成測量結(jié)果沒有軟件仿真精確 。 實際記頻率計的設計 27 錄數(shù)據(jù)如下表 54所示。用這次設計的頻率計對信號進行了測量， 使用函數(shù)發(fā)生器輸出各種波形，由實物頻率計測得頻率，記錄數(shù)據(jù)。經(jīng)過不斷的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，修改程序和硬件，最終符合設計功能要求。 軟件仿真 測量數(shù)據(jù)如下表 51所示。 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng) 軟 件 調(diào)試 經(jīng)軟件的調(diào)試 — 修改 — 再調(diào)試，如此反復，排除各種故障最終基本完成了設計所要求的任務。例如輸入信號 10KHz，仿真顯示如圖 58所示。例如輸入信號 123Hz，仿真顯示如圖 57所示。 Proteus 總體仿真圖 56 所示。 頻率計的設計 24 圖 54 整形電路實際輸出波形 分頻 模塊調(diào)試 為了達到 1Hz40MHz的頻率范圍 ，使用外部分頻， 搭建 分頻 電路，測試電路 基本 正確 ，選擇函數(shù)發(fā)生器輸入 2MHz 以下 不同頻率的的方波信號，同時使用數(shù)字示波器測的輸出波形，經(jīng)觀察分頻電路可以把 2MHz 以下 不同頻率的方波波形進行十分頻，示波器測得輸入輸出波形如圖 55所示。選擇虛擬函數(shù)發(fā)生器輸入不同的信號，同時使用數(shù)字示波器測的輸出波形，經(jīng)測試施密特觸發(fā)器可以把 1Hz40MHz 的正弦波等波形整形為方波信號，仿真結(jié)果如圖 53所示。 圖 51 5V輸出波形 整形 模塊調(diào)試 整形電路采用 與非門 74LS00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對 正弦波、三角波等各種波形 信號進行整形，使之成為矩形脈沖。搭建好硬件電路，檢查線路連接正確，通電， LED 燈亮， LM7805 芯片不發(fā)燙，并用數(shù)字萬用表測得電壓為 ，證明電路基本正常工作 。使用軟件仿真，調(diào)試仿真結(jié)果，同時使用數(shù)字萬用表和示波器測試輸出電壓值和輸出波形，調(diào)試出正確的軟硬件電路。 頻率計的設計 22 第五章 頻率計的系統(tǒng)調(diào)試 頻率計的系統(tǒng)調(diào)試包括系統(tǒng)軟 、硬件聯(lián)合調(diào)試。利用 Proteus 與 Keil 整合進行實驗，具有比較明顯的優(yōu)勢，當然其存在的缺點也是有的。 （ 5） 在 keil 中進行 debug，同時在 proteus 中查看直觀的結(jié)果（如 LCD 顯示 ??）。 （ 3） 打開 protues 軟件， 新建一文件將硬件原理圖繪入圖中 。 （ 1）首 先將 keil 和 Protues 兩個軟件安裝好 。 Proteus 提供了大量的元件庫有 RAM， ROM，鍵盤，馬達， LED， LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件，它可以仿真單片機和周邊設備，可以仿 真 51系列、 AVR， PIC 等常用的 MCU，與 keil 和 MPLAB 不同的是它還提供了周邊設備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真。他支持匯編和 C的混合編程，同時具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能。 （ 3） 編譯源程序，出現(xiàn)錯誤時， 返回上一級 對錯誤更改后重新編譯 ，直到?jīng)]有錯誤為止。 需要注意，當把匯編語言源文件加入工程但還沒有關(guān)閉加入文件對話框，這時有可能被誤認為文件沒有成功地加入工程而再次進行加入操作，系統(tǒng)將顯示所需的文件已經(jīng)加入的提示。如果不需要加入其它文件，單擊“ Close”按鈕可以關(guān)閉加入文件對話框。雙擊要加入的文件名或者選擇要加入的文件名再單擊“ Add”按鈕即可完成把匯編語言源文件加入工程。在快捷菜單中選擇“ Add File to Group ‘ Source Group 1’”，加入文件對話框被打開。 接著的工作需要把匯編語言源文件加入工程之中 。注意，匯編語言源文件的擴展名應該是“ ASM”，它應該與工程文件存儲在同一文件夾之內(nèi)。在集成開發(fā)環(huán)境中選擇菜單“ File → New...”、單擊對應的工 具按鈕或者快捷鍵Ctrl +N 將打開一個新的文本編輯窗口，完成匯編語言源文件的輸入，并且完成源程序向當前工程的添加。分別設置“ target1”中的“ Target,output,debug”各項，使程序匯編后產(chǎn)生 HEX 文件。 （ 1） 建立工程文件 點擊“ ProjectNew project”菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字 ,點擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，按要求選擇目標器件片。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。 Keil 簡介 Keil 軟件是目前最流行開發(fā)系列單片機的軟件 ， Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。 開 始選 擇 檔 位數(shù) 據(jù) 各 位 分 離送 數(shù) 據(jù) 顯 示延 時結(jié) 束 圖 44 顯示子程序流程圖 應用軟件簡介 此設計需要在 Keil軟件平臺上完成程序的調(diào)試 ,在 Proteus軟件平臺上完成仿真顯示。由 , 每位保持 1mS ,在 10mS～ 20mS 之內(nèi)再點亮一次 ,重復不止 ,利用人的視角暫留 ,好像 8 位數(shù)碼管同時點亮。 頻率計的設計 18 圖 42 T1中斷服務子程序 定時／ 計數(shù)器 T0 工作在計數(shù)方式 , 對信號進行計數(shù) ,計數(shù)器 0中斷流程圖如圖 43所示。 中斷服務子程序 T1 中斷服務子程序流程如圖 42所示。此法可保證測頻過程中精度一直很高，但實現(xiàn)的電路和程序都將很復雜。 本次設計由于本人知識的有限，所以設計的系統(tǒng)并不是 最理想的。定時／計數(shù)器的工作被設置為定時器方式，定時／計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0，在判斷待測信號的上跳沿到來后，運行控制位 TR置為 1，以單片機工作周期為單位進行計數(shù)，直至信號的下跳沿到來，運行控制位 TR 清 0，停止計數(shù)。計數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。 圖 41系統(tǒng)軟件流程總圖 首先定時／ 計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0，運行控制位 TR置 1，啟動對待測信號的計數(shù)。測量初始化模塊設置堆棧指針（ SP）、 工作寄存器 、中斷控制和定時／計數(shù)器的工作方式。系統(tǒng)軟件流程如圖 41所示。 軟件模塊設計 系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計方法 。使用 8位數(shù)碼管進行 頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要 8個三極管進行驅(qū)動，而采用共陽極數(shù)碼管則需要 74LS246 驅(qū)動，為了節(jié)約成本，因此選用共陽極數(shù)碼管進行動態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設計電路如圖 314所示。 頻率值顯示電路 數(shù)碼管電路設計不加驅(qū)動時，數(shù)碼管顯示數(shù)值看不清，不便于頻率 值的測量與調(diào)試。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。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。頻率值顯示電路 采用四位共陽極數(shù)碼管動態(tài) 顯示頻率計被測數(shù)值，使用三極管 8550 進行驅(qū)動，使數(shù)碼管亮度變亮，便于觀察測量。 分頻電路 根據(jù)以上分析，采用 74LS161 進行 16 分頻 和 JK觸發(fā)器 512 分頻 設計分頻電路如圖312所示。CET。Q2 74LS161 還有一個進位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0當 CR=“1”且 LD=“0”時，在 CP 信號上升沿作用后， 74LS161 輸出端 Q Q Q Q0 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。一直到 EP=0， ET＝ 1，計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)結(jié)束。在這個置數(shù)信號和時 鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預置的輸入數(shù)據(jù)相同，這就是預置操作。計數(shù)過程中，首先加入一清零信號 RD＝ 0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0，即計數(shù)器清零。表 34為 74161 的功能表。Q3Q1 74LS161 引腳如圖 311 所示。這兩種情況使用 74LS151 進行通道選擇，由單片機先簡單測得被測信號是高頻信號還是低頻信號，然后根據(jù)信號頻率值的高低進行通道的相應導通，繼而測得相應0011 22*U174ls000011 22*U274ls00Q12N390447KR3Res Adj210kR1Res2R2Res210kR5Res21KR6Res239KR4Res247uFC1Cap Pol1100uFC2Cap Pol1GNDUiD1Diode 1N5407U44049u0頻率計的設計 13 頻率值。外部輸入在每個機器周期被采樣一次，這樣檢測一次從1到 0的跳變至少需要 2個機器周 期（ 24 個振蕩周期），所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的 1／ 24（使用 12 MHz 時鐘時，最大計數(shù)速率為 500 kHz） ，因此采用 74LS161 進行外部十分頻使測頻范圍達到 2MHz。在定時器工作方式下，在被測時間間隔內(nèi)，每來一個機器周期，計數(shù)器自動加 1（使用 12 MHz 時鐘時，每 1μs 加 1），這樣以機器周期為基準可以用來測量時間間隔。 分頻電路分析 本頻率計的設計以 AT89S52 單片機為核心，利用他內(nèi)部的定時／計數(shù)器完 成待測信號周期／頻率的測量。 頻率計的設計 12 圖 310 放大整 形電路 分頻設計模塊 分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍 ，并實現(xiàn)單片機頻率和周期測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機測頻更易于實現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測頻誤差 。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。 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。當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。在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。 T1TransD1Bridge2200uFC2100uFC4C3C5D2S1SWSPST220R1IN12OUT3GNDU2 LM7805~220V5V 圖 39 5V直流電源電路 放大整形模塊 由于輸入的信號可以是正弦波 ，三角波。 LM78XX 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜 ，因此 使用 LM7805 穩(wěn)壓芯片進行 5V 的電源電路設計 。集成穩(wěn)壓電源事實上是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的集成化。它一般適用于負載電流變化較小的場合。二者的工作原理有所不同。 頻率計的設計 10 圖 36 整流電路 （ 3）濾波 電路： 各濾波電