【正文】 式。 定時工作方式 0 方式 0是 13位計數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式 [15]，其計數(shù)器由 TH0 高 8位和 TL0 的低五位構(gòu)成。當采用 12MHz 頻率的晶體時，計數(shù)頻率為 1MHz，輸入脈沖的周期間隔為 1μ s[14]。 當 89C51 內(nèi)部的定時器 /計數(shù)器被選擇為定時器工作方式時，計數(shù)輸入信號是內(nèi)部時鐘脈沖，每個機器周期產(chǎn)生一個脈沖使計數(shù)器增 1。 （ 4）定時器 /計數(shù)器對輸入信號的要求 定時器 /計數(shù)器的兩個作用是用來精確的確定某一段時間間隔 [13]（作定時器用）或累計外部輸入的脈沖個數(shù)（作計數(shù)器用）。每一個中斷源都有一個中斷申請標志位，但是串行口占有兩個中斷標志位。 能夠產(chǎn)生中斷申請的部件被稱為中斷源。 （ 3）中斷允許控制寄存器（ IE） [12] EA—— 中斷允許總控制位 ET0 和 ET1—— 定時 /計數(shù)中斷 定時器 /計數(shù)器提供給用戶使用的有： 8 位計數(shù)器 TH 和 TL，以及有關(guān)的控制位。 R0和 TR1—— 定時器運行控制位 TRO（ TR1） =0 停止定時器 /計數(shù)器工作 TRO（ TR1） =1 啟動定時器 /計數(shù)器工作 （ 2）工作方式控制寄存器（ TMOD） [11] 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設(shè)計 19 TMOD 寄存器是一個專用寄存器，用于設(shè)定兩個定時器 /計數(shù)器的工作方式?，F(xiàn)對其定時功能加以介紹。由于這些控制參量的請求都是隨機發(fā)出的，而且要求單片機必須做出快速響應(yīng)并及時處理，對此，只有靠中斷技術(shù)才能實現(xiàn)。 在單片機中，中斷技術(shù)主要用于實時控制。 基于資源共享原理上的中斷技術(shù)，在計算機中得到了廣泛的應(yīng)用。在通常情況下，單片機執(zhí)行主程序，只有當正常狀態(tài)出現(xiàn)故障，或發(fā)出中斷請求時，單片機才暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中 斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回到主程序繼續(xù)運行。 中斷控制 由于在程序設(shè)計中用到中斷 [9]方式，所以我們在此對單片機中斷系統(tǒng)中的中南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設(shè)計 18 斷控制作一下介紹。得出的頻率放到 R R R3 三個寄存器后調(diào)用轉(zhuǎn)換 BCD 代碼模塊。由于所測周期的單位是 181。在測周期過程中，會發(fā)生定時器 T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將 R0 寄存器加一，因此 R0 實際上是周期值的高字節(jié)。首先將零賦給 TH0、 TL0 兩個寄存器，將定時器 T0的運行控制位 TR0置位，同時也將 ET0 置位以允許定時器 T0 終端，然后再判斷 引腳是否還為低電平，當不是低電平時則等待。單片機通過檢測 引腳來判斷是否啟動測周期程序。對10 進制數(shù)的最高位進行判別，若該位不為 0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為 0，將計數(shù)閘門的寬度擴大 10 倍，重新對待測信號的技術(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。計數(shù)閘門結(jié)束時 TR 清 0，停止計數(shù)。 定時 /計數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0后，置運行控制位TR 為 1，啟動對待測信號的計數(shù)。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設(shè)計 17 第四章 數(shù)字頻率計軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件設(shè)計規(guī)劃 信號處理 在頻率計開始工作，或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進行測量初始化。光標加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。 [編輯本段 ]指令集 1602 通過 D0~D7 的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。A’。 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1， E=1 RS=0， RW=0， D0~7=指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1， E=1 RS=1， RW=0， D0~7=數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 注：關(guān)于 E=H脈沖 —— 開始時初始化 E為 0，然后置 E為 1， 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設(shè)計 15 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 LCD1602 引腳圖 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時選擇 指令寄存器 。 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32個字符。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。 圖 310為單片機最小系統(tǒng)電路。 （ 4）單片機最小系統(tǒng)的工作原理 單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間 S它是振蕩周期的 2倍 P1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效 在每個狀態(tài)的后半周期 P2信號有效。對于外接時鐘電路 要求 XTAL1 接地 XTAL2 腳接外部時鐘 對于外部時鐘信號并無特殊要求只要保證一定的脈沖寬度時鐘頻率低于 12MHz 即可。讓系統(tǒng)里各部分工作時使用。但復(fù)位不影響單片機內(nèi) 部的 RAM 狀態(tài) （ 3）時鐘電路 圖 313 時鐘電路 幾乎所有的數(shù)字系統(tǒng)在處理信號都是按節(jié)拍一步一步地進行的，系統(tǒng)各部分也是按節(jié)拍做的，要使電路的各部分統(tǒng)一節(jié)拍就需要一個 “ 時鐘信號 ” ，產(chǎn)生這個時鐘信號的電路就是時鐘電路。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 312 89C51 上電復(fù)位電路圖 單片機復(fù)位狀態(tài)表。在復(fù)位有效期間， ALE、 引腳輸出高電平。為 了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使RST引腳保持 10ms 以上的高電平。電容的大小范圍為20pF～ 40pF，本設(shè)計選用 30pF 電容。 89C51 晶振接法如圖 311。 89C51 引腳圖如圖 311 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。表 4 為 74161 的功能表。 74LS161 是常用的四位二進制可預(yù)置的同步加法計數(shù)器 [12]，可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。所以我們需要把待測 信號進行分頻。 (2) 放大整形電路的原理 矩形脈沖 的整 形電路有兩種： 一種是施密特觸發(fā)器，另外一種是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由于本次的設(shè)計是 基于單片機的數(shù)字頻率計的放大整形電路部分 ，其 需求比較簡單，所以我們選擇由 74HC04 內(nèi)部的 MOS 管構(gòu)成的施密特觸發(fā)器來作為信號波形整形電路。 信號處理輸入 74HC161 計數(shù)器 AT89C51 單片機 LCD 液晶顯示 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設(shè)計 7 31電源接入電路 仿真的時候，我們直接可以接入 VCC+5V 電源，因此可以省略 5V電源電路設(shè)計 放大整形電路 32放大整形電路 (1) 放大整形電路的重要性 因為在單片機計數(shù)中只能對脈沖波進行計數(shù)，而實際中需要測量頻率的信號是多種多樣的，有脈沖波、還有可能有正弦波、三角波等，所以需要一個電路。 圖 31 數(shù)字頻率計方框圖 電源接入電路 使用變壓器提供到 AC 橋堆的輸入腳為 9V 交流電壓，通過 AC 整流輸出為 9V直流電， 然后在通過 電解電容濾波、 7805 穩(wěn)壓 芯片穩(wěn)壓 ， 最后 提供給 89C51 單片機為 5V電壓。在進行有關(guān)電子技術(shù)的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。數(shù)字頻率計 在我們科技研發(fā)過程中是必不可少的。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設(shè)計 6 第三章 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)字頻率計的硬件系統(tǒng)框架 數(shù)字頻率計是一個將被測頻率 經(jīng)過處理之后 顯示出來的計數(shù)裝置，它主要由單片機 89C5 74HC39 LCD 顯示器、電源等 幾個電路 組成。如要測量高頻的信號還需要加上分頻電路，價格相對高了點。 方案選擇 通過 比較以上兩種方案 比較，我們可以知道，方案一使用的元器件少、電路簡單、 調(diào)試簡單只要改變 程序的設(shè)定值則可以實現(xiàn)不同頻率范圍的測試能自動選擇測試的量程。若在閘門時間 1 秒 內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 N 個 ，則被測信號 的 頻率 我們可以表示為： Fx = NHz。 方案二：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測信號經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率與被側(cè)信號的頻率相同。利用單片機的計數(shù)器和定時器的功能對被測信號進行計數(shù)。其原理框圖如圖 ： 圖 方案一原理框圖 方案二：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。 %； （ 4）控制單元采用 51系列單片機或其他功能相當?shù)膯纹瑱C； （ 5）測量結(jié)果通過 LCD 顯示 掌握仿真軟件 Proteus 或 Multisim 的使用 , 用 Proteus 或 Multisim 仿真。這對我以后的工作和學(xué)習(xí)都是有很大幫助的。了解頻率檢測的算法及軟硬件的實現(xiàn)方式， 靈活地運用了電子相關(guān)學(xué)科的理論知識和平時的實訓(xùn)， 聯(lián)系實際電路 中的設(shè)計，掌握了設(shè)計的 具體實現(xiàn)方法，達到 了理論與實踐的巧妙融合 。 正因為基于單片機的數(shù)字頻率計有著明顯的優(yōu)勢，所以我采用單片機數(shù)字頻率計來作為我的課題研究，實現(xiàn)信號被采集在通過顯示出來， 通過設(shè)計頻率計系統(tǒng)來 實現(xiàn)信號頻率的檢測功能。這些優(yōu)點無不滿足著人們追求經(jīng)濟、高效、精準的目標。那么基于單片機的數(shù)字頻率計必將取代傳統(tǒng)的頻率計。 現(xiàn)在的頻率計 與傳統(tǒng)的 頻率計 測量方式 上 相比， 現(xiàn)在的單片機頻率計有著體積小、速度快，測量范圍寬等 優(yōu)點，更 為 重要的是它的產(chǎn)生，大大地 降低 我們的制作成本，在 傳統(tǒng)的頻率計中 ，很多很多的 功能 都是使用 硬件 方式 來實現(xiàn)的，而采用單片機 頻率計 測量頻率之后， 不再需要那么多繁雜的硬件電 路，只需要通過南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章前言 2 對單片機編程就能簡單地實現(xiàn)了頻率計的功能，而且不同的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這也是 一 個 巨大優(yōu)勢 ，毫無疑問地 使得制作成本大大降低。在傳統(tǒng)的頻率記中，采用的都是一些組合電路和時序電路等大量的元器件組成的，使頻率計體積非常大，而速度也非常的慢，最重要的一點就是測量出來的信號不適合直接使用，都需要經(jīng)過人工處理之后，才能適用了我們。 隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用計數(shù)法原理制成的數(shù)字式頻率測量儀器具有精度高、測量范圍寬、穩(wěn)定度高、便于實現(xiàn)測量過程自動化等一系列的突出特點。除通常通用頻率計所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，數(shù)據(jù)存儲功能，統(tǒng)計分析功能，時域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。對于低檔產(chǎn)品要求操作方便，量程足夠?qū)?，可靠性高，價格低。目前隨著微型處理器技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字頻率計裝置外