【正文】 圖 32 電源方框圖 a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2 變換成脈動(dòng)電壓 U3。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 31 AT89C52 引腳圖 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 第三章模塊電路設(shè)計(jì)及比 較 89c52 單片機(jī)的選型 系統(tǒng)硬件以 89c52 單片機(jī)為核心，外圍包括電源模塊、信號(hào)處理模塊、液晶顯示模塊、鍵盤(pán)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊、及時(shí)鐘芯片模塊。 具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 21 所示。測(cè)試中主要用到的工具有示波器、萬(wàn)用表、自制電路板、信號(hào)發(fā)生器等。測(cè)頻子程序流程圖如圖 23 所示。若結(jié)果不理想，則需要對(duì)電路重 新進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)和輸出端信號(hào)的參數(shù)的比較，判斷設(shè)計(jì)是否符合要求。測(cè)試與結(jié)果分析在頻率、周期、時(shí)間間隔及信號(hào)峰值的測(cè)試過(guò)程中，輸入信號(hào)采用高精度 SF20函數(shù)發(fā)生器，輸出 0． 01Hz～ 10MHz 的信號(hào)。主程序框圖如圖 3 所示。 軟件設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中的軟件主要包括按鍵處理、物理量的測(cè)量、顯示等子程序。因此，測(cè)頻法適于高頻信號(hào)的測(cè)量，測(cè)周期法適于低頻信號(hào)測(cè)量。 217≤ fx2≤ fcε 012 從以上分析可以看出，測(cè)頻法測(cè)量的頻率覆蓋范圍較寬，且在高頻段的測(cè)量精度較高，而在低頻段的測(cè)量精度較低，同時(shí)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。 217≤ fx2≤ fs2ε 0 ，在測(cè)周期法中，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào) fs2 由單片機(jī)的內(nèi)部定 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生， fs2 恒為 fc／ 12，因此，在給定ε 0 為 0． 01 時(shí)， fx2 既有一定的上限頻率，也有一定的下限頻率。 217 秒?？紤]到單片機(jī)內(nèi)部為 16 位，加上 TF 標(biāo)志位，計(jì)數(shù)范圍為 217，因此其最大計(jì)數(shù)時(shí)間為 12178。如用測(cè)頻法，則頻率的上限取決于單片機(jī)，故測(cè)頻法的測(cè)量范圍是： fs1ε 0≤ fx1≤ fc24，即： fx1≤500MHz。因此，對(duì)一給定頻率信號(hào) fs 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，用測(cè)頻法 fs1 越低越好，用測(cè)周期法則 fs2越高越好。如給定177。理論研究表明，如進(jìn)行 n 次重復(fù)測(cè)量然后取平均，則177。 fx2/fs2=177。 fx1/fs1 對(duì)于測(cè)周發(fā)有： ξ 1=Δ N2/N2=177。 1/N1=177。 理論分析 多功能計(jì)數(shù)器測(cè)頻法主要是將被測(cè)頻率信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端，然后讓計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間 Ts1 內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，所得的計(jì)數(shù)值 N1與被測(cè)信號(hào)的頻率 fx1 的關(guān)系如下： fx1＝ N1Ts1N1fs1 而多功能計(jì)數(shù)器測(cè)周法則是將標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào) fs2 送到計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端，而讓被測(cè)頻率信號(hào) fx2 控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間，所得的計(jì)數(shù)值 N2 與 fx2 的關(guān)系如下： fx2＝ fs2N2 事實(shí)上，無(wú)論用哪種方法進(jìn)行頻率測(cè)量，其主要誤差源都是由于計(jì)數(shù)器只能進(jìn)行整數(shù)計(jì)數(shù)而引起的177。軟件定時(shí)為 1 秒鐘， 1 秒之后， P07 發(fā)出低電平， 74HC74的 3 腳接到低電平后， 5 腳輸出為低電平，經(jīng) 74HC08 后仍為低電平， 74HC74的 9 腳輸出也為低電平，這樣 74HC08 的 8 腳輸出為低電平。單片機(jī)的 P07 腳對(duì) 74HC74 的 3 腳 CLK 發(fā)出高電平，此時(shí)輸出 5腳為高電平，與 74HC08 的 2腳相與后輸出為高，此時(shí) 74HC74 的 9 腳輸出為高，觸發(fā)單片機(jī)的 INT0，引起中斷，單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)的過(guò)程就是這樣不斷循環(huán)的過(guò)程。將計(jì)數(shù)值送入單片機(jī)，經(jīng)處理后在顯示模塊上顯示所測(cè)數(shù)值。當(dāng)進(jìn)行周期測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始工作前要先進(jìn)行清零，單片機(jī)的 P01 腳對(duì) CD4040 的 RESET 發(fā)出復(fù)位信號(hào)， P13 腳發(fā)出清零信號(hào)，將 74HC74 的 CLR 管腳置高，然后系統(tǒng)開(kāi)始工作。測(cè)頻、測(cè)周電路主要分為電平轉(zhuǎn)換／保護(hù)電路、測(cè)量電路、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路、計(jì)數(shù)器。 電路設(shè)計(jì) 測(cè)頻、測(cè)周電路設(shè)計(jì)如圖 22 所示。當(dāng)輸入信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)后，單片機(jī)自動(dòng)判斷其頻率，然后根據(jù)不同的頻率選擇相應(yīng)的測(cè)量方法。對(duì)于輸入信號(hào)而言，頻率為周期的倒數(shù)，故頻率測(cè)量與周期測(cè)量可以互通。 fx 信號(hào)處理 89C52 液晶顯示 A/D 測(cè)溫模塊 語(yǔ)音報(bào)數(shù) 時(shí)鐘芯片 鍵盤(pán)控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 21 方案原理模塊框圖 多功能計(jì)數(shù)器測(cè)頻率 基本工作原理 目前用單片機(jī)組成的系統(tǒng)測(cè)量頻率的方法有測(cè)頻率法和測(cè)周期法兩種。 通過(guò)測(cè)量周期方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)周期、頻率、測(cè)量，并能所測(cè)值顯示，測(cè)量值語(yǔ)音播報(bào)、溫度顯示、時(shí)間顯示、顯示被測(cè)信號(hào)的峰值、記憶 10 個(gè)歷史數(shù)據(jù)并可以隨時(shí)查看的功能。且單片機(jī)的控制電路很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，比如語(yǔ)音模塊、測(cè)溫 I2C 模塊、時(shí)鐘模塊、 A/D 模塊等。計(jì)算兩次中斷的時(shí)間間隔，即可得被測(cè)信號(hào)的周期 Tx，而 fx=1/Tx。 單片機(jī)晶振產(chǎn)生的 12MHz 經(jīng)內(nèi)部 12 分頻后作為基準(zhǔn)信號(hào)，由被測(cè)輸入整形后信號(hào)的下降沿觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷 INT0，從而形成閘門(mén)脈沖。 方案二： 可以采用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，并且設(shè)計(jì)方便，但由于對(duì) FPGA 的技術(shù)原理掌握不夠熟練，所以放棄方案二。 多功能計(jì)數(shù)器總體設(shè)計(jì)方案 方案一： 采用多種數(shù)字邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)原理圖中的邏輯控制、主門(mén)、門(mén)控、計(jì)數(shù)單元的設(shè)計(jì)要求，這樣設(shè)計(jì)的電路整體比較復(fù)雜，而且不宜完成發(fā)揮部分的功能要求。電子計(jì)數(shù)器性能指標(biāo)主要包括：頻率、周期、時(shí)間間隔測(cè)量范圍、輸入特性（靈敏度、輸入阻抗和波形）、精度、分辨度和誤差（計(jì)數(shù)誤差、時(shí)基誤差和觸發(fā)誤差）等。 ：由人工觸發(fā)開(kāi)放閘門(mén) ,計(jì)數(shù)器對(duì) A 通道信號(hào)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。 ：被測(cè)信號(hào)由 B 信道輸入，控制閘門(mén)電路，而 A通路的輸入信號(hào)是由時(shí)基電路提供的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 1. 頻率測(cè)量：被測(cè)信號(hào)從 A 通道輸入，若 TB 為 1 秒，則讀數(shù) N 即為以赫為單位的頻率 fA。 TB。兩脈沖的時(shí)間 間隔 (TB)為開(kāi)門(mén)時(shí)間。 電子計(jì)數(shù)器工作原理和基本功能 電子計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)如圖 11所示。它的測(cè)頻上限已進(jìn)入毫米波段，有手動(dòng)、半自動(dòng) 、全自動(dòng)3類(lèi)。 3. 計(jì)算計(jì)數(shù)器：具有計(jì)算功能的計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，可用程序控制進(jìn)行測(cè)量計(jì)算和顯示等全部工作過(guò)程。電子計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、量程寬、通常點(diǎn)子計(jì)數(shù)器按照他的功能可分為以下幾類(lèi)： 1. 通用計(jì)數(shù)器：可測(cè)頻率、周期、多周期平均、時(shí)間間隔、頻率比和累計(jì)等。電子計(jì)數(shù)器是其他數(shù)字化儀器的基礎(chǔ)。電子計(jì)數(shù)器功 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 能多、操 作簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、直接顯示數(shù)字，而且易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用 。 電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi) 電子計(jì)數(shù)器是一種多功能電子測(cè)量?jī)x器。對(duì)于低檔產(chǎn)品 要求實(shí)用操作方便，量程寬，可靠性高，價(jià)格低。 由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計(jì)都在不斷的發(fā)展著，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷的增加。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開(kāi)發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻上限擴(kuò)展到微波頻段。早期設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展側(cè)臉?lè)秶?，再加上提高測(cè)量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。 此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國(guó)防航 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 家用電器 家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。 單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控 制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空 航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：智能儀器 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲(chǔ)器存數(shù)據(jù)、 CPU 從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和 CPU 從內(nèi)存讀出指令時(shí)，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 （ 5）地址寄存器 AR 地址寄存器用于保存當(dāng)前 CPU 所要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或 I/O 設(shè)備的地址。 （ 4）程序計(jì)數(shù)器 PC PC 用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱(chēng)為指令地址計(jì)數(shù)器。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 給定的指令時(shí)，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，指令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。 指令寄存器是用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。通過(guò)輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。 微處理器內(nèi)通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把 ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過(guò)外部總線(xiàn)與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。 (2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。 控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。 (2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。例如，兩個(gè)數(shù) 6和 7 相加，在相加之前，操作數(shù) 6 放在累加器中， 7 放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)， ALU 即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 13 存入累加器，取代累加器原來(lái)的內(nèi)容 6。 ALU 的作用是把傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來(lái)源為兩個(gè) 8位數(shù)據(jù)，分別來(lái)自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 —— 算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù) Philips 公司。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒(méi)。 即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。 本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)多功能計(jì)數(shù)器系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及主要技術(shù)性能參數(shù)。 以 51系列單片機(jī)為控制模塊核心，對(duì)多功能計(jì)數(shù)器可編程控制，實(shí)現(xiàn)周期、頻率、時(shí)間間隔的測(cè)量。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 單片機(jī)多功能計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 摘要 本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了 MCS51系列單片機(jī) 多功能計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)的功能，并對(duì)硬件原理圖和程序框圖作了簡(jiǎn)潔的描述 。 本設(shè)計(jì)共分電源、單片機(jī)控制模塊、信號(hào)前向通道處理模塊、鍵盤(pán)、液晶顯示模塊、模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊、測(cè)溫及時(shí)鐘八個(gè)模塊。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果、時(shí)鐘、溫