【正文】 ................ 1 頻率計(jì)概述 ................................................... 1 頻率計(jì)發(fā)展與應(yīng)用 ............................................. 1 頻率計(jì)設(shè) 計(jì)內(nèi)容 ............................................... 1 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ............................................ 2 測(cè)頻的原理 ................................................... 2 總體思路 ..................................................... 3 具體模塊 ..................................................... 3 第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì) ............................................ 5 AT89S52 主控制器模塊 ......................................... 5 AT89S52 的介紹 ........................................... 5 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路 ....................................... 6 引腳功能 ................................................. 7 單片機(jī)引腳分配 ........................................... 9 電源模塊 ..................................................... 9 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 ................................... 9 電源 電路設(shè)計(jì) ............................................ 11 放大整形模塊 ................................................ 11 分頻設(shè)計(jì)模塊 ................................................ 12 分頻電路分析 ............................................ 12 74LS161 芯片介紹 ........................................ 13 分頻電路 ................................................ 14 顯示模塊 .................................................... 14 數(shù)碼管介紹 .............................................. 14 頻率值顯示電路 .......................................... 15 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................. 16 軟件模塊設(shè)計(jì) ................................................ 16 中斷服務(wù)子程序 .............................................. 17 顯示子程序 .................................................. 19 應(yīng) 用軟件簡(jiǎn)介 ................................................ 19 Keil 簡(jiǎn)介 ............................................... 19 protues 簡(jiǎn)介 ............................................ 21 第五章 頻率計(jì)的系統(tǒng)調(diào)試 ........................................... 22 硬件調(diào)試 .................................................... 22 電源模塊調(diào)試 ............................................ 22 整形模塊調(diào)試 ............................................ 22 分頻模塊調(diào)試 ............................................ 24 軟件調(diào)試 .................................................... 24 Pouteus 軟件調(diào)試 ........................................ 24 功能調(diào)試 ................................................ 25 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................... 26 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ............................................ 26 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 .......................................... 26 誤差分析 .................................................... 27 第六章 總結(jié) ....................................................... 28 參考文獻(xiàn) .......................................................... 29 致 謝 ............................................................. 30 附錄一 系統(tǒng)原理圖 附錄二 頻率計(jì)源程序 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 1 第一章 前言 頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測(cè)量成為一項(xiàng) 越來越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。它是一種用十進(jìn)制 數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。 在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中， 由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀， 經(jīng)常要用到頻率計(jì)。本次采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種數(shù)字顯示的頻率計(jì)，測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)作為最為典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用范圍很廣，發(fā)展也很快，它已成為在現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、通信、自動(dòng)控制與計(jì)量測(cè)試、數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理等技術(shù)中日益普及的一項(xiàng)新興技術(shù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。 頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容 利用 電源 、單片機(jī)、 分頻電路及數(shù)碼管顯示 等模塊 ， 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的 頻率計(jì) 能夠粗略的 測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的頻率 。 被測(cè)信號(hào)，通過輸入通道的放大器放 大后，進(jìn)入整形器加以整形變?yōu)榫匦尾?，并送入主門的輸入端。若在一定的時(shí)間間隔 T 內(nèi)累計(jì)周期性的重復(fù)變化次數(shù) N，則頻率的表達(dá)式為式： Nfx=T （ 2— 1） 圖 21 說明了測(cè)頻的原理及誤差產(chǎn)生的原因。但從圖中可以看出，待測(cè)信號(hào)應(yīng)該在 左右，誤差約有 ≈ %。 1 之間。顯然，減小誤差的方法，就是增大 N。通過計(jì)算，對(duì) 1KHZ 以下的信號(hào)用測(cè)頻法，反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)于或等于 10S。 頻率計(jì)數(shù)器嚴(yán)格地按照 Nf=T 公式進(jìn)行測(cè)頻。為了增加單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，一方面可在輸入端將被測(cè)信號(hào)倍頻，另一方面可增加 T 來滿足，為了增加 T 的穩(wěn)定度，只需提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度和分頻電路的可靠性就能達(dá)到。 總體思路 頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一 ， 頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在 單位 時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn) 1HZ~40MHZ 的 頻率測(cè)量 ,而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換功能， 8位共陽極動(dòng) 態(tài)顯示測(cè)量結(jié)果 ，可以測(cè)量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值 。各模塊作用如下： 單片機(jī)控制模塊： 以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，來完成它待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，譯碼，和顯示以及對(duì)分頻比的控制。單片機(jī) AT89S52 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。 ) 電源模塊： 為整個(gè)系統(tǒng)提供合適又穩(wěn)定的 電源 ，主要為單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路以及分頻 電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小 及性價(jià)高的電源。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。 分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，而且也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。 顯示模塊： 我們測(cè)量的頻 率最終要顯示出來八段 LED 數(shù)碼管顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。 LED 數(shù)碼管顯示器有兩種形式：一種是 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 數(shù)碼管顯示器；另一種是 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。 8 個(gè)筆劃段 h g f e d c b a 對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（ 8 位）的 D D D 中動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)數(shù)碼管顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口用于筆劃段字形代碼。在單片機(jī)系統(tǒng) 顯示電路采用 8 位共陽極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，為了加大數(shù)碼管的亮度，使用 74LS246進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，便于觀測(cè)。 微 控 制 器A T 8 9 S 5 2信 號(hào) 放 大整 形分 頻 電 路驅(qū) 動(dòng) 電 路數(shù) 碼 管 顯 示5 V 電 源 圖 22 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 5 第三章 硬件電路具體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 ，頻率計(jì) 實(shí)際需要設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要包 括以下幾個(gè)部分 ：AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 模塊、電源模塊、放大整形模塊、 分頻模塊及顯 示模塊，下面將分別給予介紹 。該設(shè)備是采用 Atmel 的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C52 指令集合引腳。通過結(jié)合通用 8 位中央處理器的系統(tǒng)內(nèi)課編程閃存的單芯片， AT89S52 是一個(gè)功能強(qiáng)大的微控制器提供了高度靈活的和具有成本效益的解決辦法，可在許多嵌入式控制中應(yīng)用。與此同時(shí)，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)，推廣一批如 51F020等高性能單片機(jī)。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在 033M 之間?？梢栽?4V到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并口下載，簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷 10 年不衰。 AT89S52 引腳如下圖 31 所示。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位（圖 32）和手動(dòng)復(fù)位（圖 33）。所以本次設(shè)計(jì)選用手動(dòng)復(fù)位。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。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 無源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2引腳。 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 34所示。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(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。在 flash編程時(shí)， P0 口 用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 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。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。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。對(duì) P2 端口寫“ 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。在訪問外部程序存儲(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。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 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。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。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。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