【正文】 分頻器 分頻器是本系統(tǒng)最重要的功能部件之一，由它產(chǎn)生閘門(mén)電平和控制器、計(jì)數(shù)器的控制脈沖。五個(gè)輸出端口：四個(gè)四位十進(jìn)制 BCD 碼輸出 OUT1[3..0]～ OUT4[3..0]、過(guò)量程溢出 OF。 計(jì)數(shù)器 COUNTER 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)圖見(jiàn)附圖 1 右上部分，由四個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)。LATCH_STAT[1..0]＝ 2 時(shí)，鎖存器強(qiáng)制置 1FFFF， CLK無(wú)效。 LATCH_STAT[1..0] 用來(lái)保存鎖存器狀態(tài)信息， LATCH_STAT[1..0]＝ 0 時(shí)，鎖存器在 CLK 作用下打開(kāi)關(guān) 閉。 在分模塊介紹之前先說(shuō)明兩個(gè)重要的寄存器狀態(tài) STAT[1..0]和LATCH_STAT[1..0]。數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 17 鎖存器 用來(lái)儲(chǔ)存有效計(jì)數(shù)值，以穩(wěn)定輸出。 控制器 主要用來(lái)判斷計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)是否有效，從而控制檔位轉(zhuǎn)換，鎖存器打開(kāi)、關(guān)閉和設(shè)定值。產(chǎn)生閘門(mén)電平的工作由分頻器完成。經(jīng)計(jì)算，四檔的閘門(mén)電平時(shí)間 0T 分別為 10s、1s、 和 。由圖示可以看出，一個(gè)閘門(mén)電平時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的最大誤差為 N177。 三、系統(tǒng)及模塊設(shè)計(jì)與說(shuō)明 如左圖所示為數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率的原理圖。 設(shè)計(jì)細(xì)化要求： 頻率計(jì) 能根據(jù) 輸入待測(cè)信號(hào)頻率 自動(dòng) 選擇量程，并在超過(guò)最大量程時(shí) 顯示過(guò)量程， 當(dāng)復(fù)位脈沖到來(lái)時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)顯示頻率。 2以內(nèi)時(shí)即可達(dá)到精度要求。 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 15 二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)器鎖存器分頻器控 制 器輸出待 測(cè) 信 號(hào)1 0 2 4 H z 標(biāo) 準(zhǔn) 時(shí) 鐘系 統(tǒng) 框 圖R E S E T小數(shù)點(diǎn) 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 16 1 2 N0 考慮到測(cè)量方便，將數(shù)字頻率計(jì)劃分為 四檔： 10～ 99Hz、 100～ 999Hz、 1000～ 9999Hz、10000～ 99999Hz。由WR XFER 的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時(shí)， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開(kāi)始 D/A 轉(zhuǎn)換。 DAC0832 結(jié)構(gòu)： * D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時(shí)間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò) )； 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 14 * ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效； * CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； * WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫(xiě)選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。與微處理器完全兼容。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。32)(()/(256 TH1)) TH1＝ 250 數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 13 12M 9600＝ (2247。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時(shí)器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。在這個(gè)定時(shí)模式 2 下定時(shí)器 1 溢出速率的計(jì)算公式如下： 溢出速率＝（計(jì)數(shù)速率） /(256－ TH1) 上式中的 “ 計(jì)數(shù)速率 ” 與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在 51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器 TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計(jì)數(shù)速率為 晶體振蕩器頻率的 1/12，一個(gè) 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計(jì)數(shù)速率就為1M。32 ） 定時(shí)器 1 溢出速率 上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模 式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計(jì)算。模 式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于 PCON 寄存器中的 SMOD 位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64,SMOD 為 1，波特率為 focs/32。10 ＝ 960 字節(jié)。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1，而定時(shí)器 2 是 89C52 系列芯片才有的。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個(gè)位的， 1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1 位停止位為 1。但在模式 1 中， SM2=1 時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì) RI 置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。 RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。 TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。在模式 1 中，當(dāng) SM2=0， RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。該位可能是奇偶位，地址 /數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入 REM=0 來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 REM 是由軟件置位或清零。在模式 0 中要求該位為 0。 UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫(xiě)。 SM0 SM1 模式 功能 波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12 0 1 1 8 位 UART 可變 1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/64 1 1 3 9 位 UART 可變 在這里只說(shuō)明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過(guò)，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。它的各個(gè)位的具體 定義如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。它的尋址地址是 98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。當(dāng)然你也可以用其它的名稱。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯?xiě)發(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。 ” 實(shí)際上 SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址－99H。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON， TCON， TMOD， SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專(zhuān)用寄存器。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。在閑置 模式下， CPU 停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。另外，數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 202171 9 該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P1口 ： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0口 ： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 片內(nèi) 振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 可編程串行通道 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1288 位內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 與 MCS51 兼容 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。這樣無(wú)論采用何種方式 ,只要完成一次測(cè)量即可 ,頻率計(jì)自動(dòng)開(kāi)始下一個(gè)測(cè)量循環(huán) ,因此該頻率計(jì)具有連續(xù)測(cè)量的功能 ,同時(shí)實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。如果測(cè)量結(jié)果仍不具有 3 位有效數(shù)字 ,頻率計(jì)則使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻 率測(cè)量。頻率計(jì)每個(gè)工作循環(huán)開(kāi)始時(shí)使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量 ,并使計(jì)數(shù)閘門(mén)寬度為最窄 ,完成測(cè)量后判斷測(cè)量結(jié)果是否具有 3 位有效數(shù)字 ,如果成立 ,將結(jié)果送去顯示 ,本工作循環(huán)結(jié)束 。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程由頻率計(jì)測(cè)量量程的高端開(kāi)始。第 5 位為指數(shù)的值。這里設(shè)計(jì)的頻率計(jì)用 5 位數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果 :前 3 位為測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字 。當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù) ,然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù) ,在完成數(shù)據(jù)處理后 ,由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。這時(shí)頻率計(jì)的工作過(guò)程為 :首先定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0 ,然后檢測(cè)方波高電平是否加至定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的輸入腳 。最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù) ,在完成數(shù)據(jù)處理后 ,由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。頻率計(jì)的工作過(guò)程為 :首先定時(shí) /計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0 ,運(yùn)行控制位 TR 置 1 ,啟動(dòng)定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 。用方波作計(jì)數(shù)閘門(mén) ,當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率等于 100Hz ,使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí)的最小計(jì)數(shù)值為 10000 ,完全滿足測(cè)量精度的要求。當(dāng)待 測(cè)信號(hào)的頻率大于 100Hz 時(shí) ,定時(shí) / 計(jì)數(shù)器構(gòu)成為計(jì)數(shù)器 ,以機(jī)器周期為基準(zhǔn) ,由軟件產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門(mén) ,這時(shí)要滿足頻率測(cè)量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,則計(jì)數(shù)閘門(mén)寬度大于 1s 即可。例如當(dāng)要求頻率測(cè)量結(jié)果為 3 位有效數(shù)字 ,這時(shí)如果待測(cè)信號(hào)的頻率為 1Hz ,則計(jì)數(shù)閘門(mén)寬度必須大于 1000s。當(dāng) TR 清 0 ,停止計(jì)數(shù)。外部輸入每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次 ,這樣檢測(cè)一次從 1 到 0 的跳變至少需要 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 ) ,所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的 1/ 24 (使用 12MHz 時(shí)鐘時(shí) ,最大計(jì)數(shù)速率為 500 KHz) 。