【正文】 保 持 H H L 保 持 H H H 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。CET) 。Q2 圖 12 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=Q0 12 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 [12]，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 。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。在計(jì)數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測(cè)信號(hào)發(fā)生從 1 到 0 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1，這樣在計(jì)數(shù)閘門(mén)的控制下可以用來(lái)測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。單片機(jī) AT89S51 內(nèi)部具有 2個(gè) 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能?？捎?74161進(jìn)行分頻 。具體放大整形電路如圖 11所示。其中3DG100 為 NPN 型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為 fx 的周期信號(hào)如正弦波、三角波及方波等波形進(jìn)行放大。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí)，前級(jí)輸入衰減為零時(shí)若不能驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí)被測(cè)信號(hào)得以放大 [10]。所以在通過(guò)整形之前通過(guò)放大衰減處理。而后面的閘門(mén)或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先通過(guò)整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。 具體的 5V電源電路如下圖10 所示。 10 電源電路設(shè)計(jì) 根據(jù)上述介紹設(shè)計(jì)，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用 LED 進(jìn)行電源工作狀態(tài)指示。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負(fù)反饋的原理來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會(huì)引起其電流有較大變化這一特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來(lái)達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 圖 9 濾波電路 (4)穩(wěn)壓電路 :常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 (2)整流電路：整流電路將交流電壓 Ui變換成脈動(dòng)的直流電壓。 9 圖 7 直流穩(wěn)壓電源框圖及波形 (1)電源變壓器 T的作用是將 220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui。 單片機(jī)引腳分配 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的分析得出，單片機(jī)的引腳分配如表 3所示。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。特殊寄存 器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 P3口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。在使用 8位地址訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口送出高八位地址。對(duì) P2 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。作 7 為 輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 P1 口： P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在 flash 編程時(shí)，P0 口用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 6所示。合適頻率的晶振對(duì)于選頻信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計(jì)選取 無(wú)源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2 引腳。但是告訴對(duì)系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運(yùn)行環(huán)境苛刻。 6 所以本次設(shè)計(jì)選用 手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位（圖 4）和手動(dòng)復(fù)位（圖 5）。根據(jù)不同場(chǎng)合的要求，這款單片機(jī)提供了多種封裝，本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況，使用雙列直插 DIP40 的封裝。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個(gè)定時(shí)器、 8 個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。 AT89S52 片內(nèi)集成 256 字節(jié)程序運(yùn)行空間、 8K 字節(jié) Flash 存儲(chǔ)空間，支持最大 64K 外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。 AT89S52 主控制器模塊 AT89S52 的介紹 8 位單片機(jī)是 MSC51 系列產(chǎn)品升級(jí)版 [5]，有世界著名半導(dǎo)體公司 ATMEL 在購(gòu)買(mǎi) MSC51設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢(shì)技術(shù) —— （掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術(shù)對(duì)舊技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，同時(shí)使用新的 半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。 4 綜合以上頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊等組成，頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2所示?？捎?74161 進(jìn)行外部十分頻。 分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)， 使用 12 MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz，因此需要外部分頻。 放大整形模塊： 放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。 (因?yàn)?AT89C51 所需外圍元件少，擴(kuò)展性強(qiáng)，測(cè)試準(zhǔn)確度高。利用其內(nèi)部的定時(shí)／計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期／頻率的測(cè)量。 根據(jù)上述系統(tǒng)分析，頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括五大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊。 本文介紹了一種基于 單片機(jī) AT89S52 制作的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法 ,所制作的頻率計(jì) 測(cè)量比較高的頻率采用外部十分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻 。 上述表明，在頻率測(cè)量時(shí)，被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量精度越高。由于數(shù)字測(cè)量的離散性，被測(cè)頻率在計(jì)數(shù)器中所記進(jìn)的脈沖數(shù)可有正一個(gè)或負(fù)一個(gè)脈沖的 1? 量化誤差，在不計(jì)其他誤差影響的情況下，測(cè)量精度將為： 1()fA N? ? 3 應(yīng)當(dāng)指出，測(cè)量頻率時(shí)所產(chǎn)生的誤差是由 N 和 T 倆個(gè)參數(shù)所決定的，一方面是單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)越多時(shí)，精度越高，另一方面 T 越穩(wěn)定時(shí)，精度越高。由此可以得出一個(gè)初步結(jié)論：測(cè)頻法適合于測(cè)高頻信號(hào)。本頻率計(jì)要求測(cè)頻誤差在 1‰以下，則 N 應(yīng)大于 1000。假設(shè)所測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)為 N，則所測(cè)頻率的誤差最大為δ =1／ （ N1） *100%。這個(gè)誤差是比較大的，實(shí)際上，測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)的誤差會(huì)在177。 時(shí)基信號(hào) 待測(cè)信號(hào) 丟失（少計(jì)一個(gè)脈沖） 計(jì)到 N 個(gè)脈沖 多余（比實(shí)際多出了 個(gè)脈沖） 圖 1 測(cè)頻原理 在圖 1 中，假設(shè)時(shí)基信號(hào)為 1KHZ，則用此法測(cè)得的待測(cè)信號(hào) 為 1KHZ 5=5KHZ。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進(jìn)制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過(guò)基選通門(mén)去觸發(fā)主控電路，再通過(guò)主控電路以適當(dāng)?shù)木幋a邏輯便得到相應(yīng)的控制指令，用以控制主門(mén)電路選通被測(cè)信號(hào)所產(chǎn)生的矩形波，至十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路進(jìn)行直接計(jì)數(shù)和顯示。 參數(shù)要求如下： 1．測(cè)量范圍 10HZ— 2MHZ； 2．用四位數(shù)碼管顯示測(cè)量值； 3．能根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)切換量程； 測(cè)量方波、三角波及正弦波等多種波形； 2 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 測(cè)頻的原理歸結(jié)成一句話，就是“在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)”。 其中以 AT89S52 為內(nèi)核的單片機(jī)系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，基本可以滿足大多數(shù)用戶的需要 [2]。單片機(jī)已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應(yīng)用。 在我國(guó)，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)的里程碑事件。 傳統(tǒng)的頻率計(jì)采用測(cè)頻法測(cè)量頻率，通常由組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運(yùn)行速度慢而且測(cè)量低頻信號(hào)不準(zhǔn)確。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較高的測(cè)量精度。 附錄 ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 軟件調(diào)試 ......................................................................... 21 Pouteus軟件調(diào)試 ............................................................. 21 功能調(diào)試 ..................................................................... 21 ......................................................................... 22 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ................................................................. 22 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 ............................................................... 23 誤差分析 ......................................................................... 23 第六章 總結(jié) ........................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ............................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 .................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 硬件調(diào)試 .....................