【正文】 如圖 所示。 設(shè)計(jì)軟件流程圖如圖 所示： 開始T 0 、 T 1 初始化啟動(dòng) T 0 、 T 1T 1 定時(shí) 1 sT 0 、 T 1 停止工作f = M數(shù)碼管顯示結(jié)束T 0 累積計(jì)數(shù) MYN 圖 直接測(cè)頻法原理框圖 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 0 到 1 的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加 1，這樣在定時(shí)閘門信號(hào)的控制下可以用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入在每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，檢測(cè)一次從到的跳變需要個(gè)機(jī)器周期，所以最大計(jì)數(shù)頻率為 。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 所謂 A/D 轉(zhuǎn)換法就是 將被測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)過阻抗匹配 ,變成單片機(jī)可測(cè)量的電壓范圍 ,后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)得相應(yīng)的電壓值 。并行比較型和逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于這一類。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器則屬于間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器。雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有高精度、抗干擾性好的、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度低。而對(duì)于電壓測(cè)量則采用 A/D 轉(zhuǎn)換法，用逐次型 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再將數(shù)字量送入單片機(jī)的方法來進(jìn)行測(cè)量，這樣可以達(dá)到更好達(dá)到測(cè)量的精度要求，同時(shí)也很好的利用了單片機(jī)的資源。 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C52 為核心，結(jié)合外圍信號(hào)放大、整形電路 ,通過對(duì)輸出波形的計(jì)數(shù)和對(duì)模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)電壓頻率的監(jiān)測(cè)。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 分壓穩(wěn)壓電路波形轉(zhuǎn)換電路輸入交流電壓隔離降壓?jiǎn)纹瑱C(jī)處理控制電路分壓穩(wěn)壓電路A / D 轉(zhuǎn)換電路串口輸出顯示電路 圖 電壓、頻率檢測(cè)系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)電路的工作原理簡(jiǎn)述 如下：交流電壓經(jīng)過隔離 變壓器 隔離降壓、限流 變?yōu)?A/D 轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)能接受電壓范圍，然后 分成兩路電壓輸入信號(hào)。 單片機(jī)接收外部脈沖，啟動(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)， 從而 計(jì)算得出 相應(yīng)的 頻率值；另外一路輸入用于電壓測(cè)量值，輸入信號(hào)經(jīng) 過分壓被送到 A／ D 轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片的轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到單片機(jī) P0口 ，得到量化電壓值；同時(shí)，串口電路部分則負(fù)責(zé)將得到的頻率值、電壓值發(fā)送至上位機(jī)，從而，上位機(jī)對(duì)頻率值和電壓值進(jìn)行直觀的顯示。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)處理控制電路 測(cè)量電路選用 AT89C52 作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：⑴內(nèi)含 FLASH 存儲(chǔ)器，這在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開發(fā)周期；同時(shí)在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。⑶由于它是以 8031 核構(gòu)成的，所以它與 MSC51 系列單片機(jī)相兼容，這對(duì)于熟悉 MSC51 系列的廣大用戶來說，用 AT89 系列單片機(jī)取代 51 系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 頻率信號(hào)預(yù)處理電路 單片機(jī)是數(shù)字信號(hào)處理工具。因此檢測(cè)來的正弦信號(hào)必需經(jīng)過預(yù)處理變?yōu)閱纹瑱C(jī)能接受的，且是采集簡(jiǎn)便，計(jì)算 工作量較少的信號(hào)。由單片機(jī)來處理后送到顯示器進(jìn)行直觀顯示。 圖 3. 2 頻率信號(hào)預(yù)處理電路 降壓電路 交流電要經(jīng)過變壓器件降壓后才可以通過放大、整形電路將信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。 圖 3. 3 降壓電路 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 放大電路 此電路采用高速、寬頻帶運(yùn)放 OP37，并采用負(fù)反饋電路，由負(fù)反饋放大電路的原理可知放大倍數(shù) n=R4/R5=10。OP37 最高工作頻率可達(dá) 63MHz(見圖 所示 )。本設(shè)計(jì)采用 555 構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作為整形電路。電路如圖 所示。圖 是 555 構(gòu)成的基本的施密特觸發(fā) 器電路對(duì)不同信號(hào)的整形、變換波形。因此，設(shè)置 R1=R2=10kΩ，使得 6 腳的偏置電壓在1/2VDD 介于兩個(gè)閥值電平之間。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對(duì)波形進(jìn)行了變換和整形。 單片機(jī)本身只能識(shí)別和處理一種離散的數(shù)字信號(hào)，而在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)和控制的是一些電壓、電流等隨時(shí)間連續(xù)變化的電物理量，所以為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的控制和檢測(cè)， A／ D轉(zhuǎn)換電路是必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 3. 7 ADC0809芯片管腳圖 ADC0809 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn) 換。反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。在本設(shè)計(jì)中選用的是 12MH 的石英晶振和 33pF 的電容。 圖 晶振電路 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 顯示電路 系統(tǒng)的顯示電路如下圖 所示。 LM041L 的字符型液晶顯示器如圖 所示。 表 LCD接口說明表 管腳號(hào) 管腳 電平 說明 1 VSS 0V 邏輯電源地 2 VDD 邏輯電源地 3 VEE LCD 驅(qū)動(dòng)電源 4 RS H/L 數(shù)據(jù) \指令選擇：高電平：數(shù)據(jù) D0D7將送入顯示 RAM； 低電平：數(shù)據(jù) D0D7將送入指令寄存器執(zhí)行 5 R/W H/L 讀 \寫選擇： 高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫數(shù)據(jù) 6 E H/L 讀寫使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù) 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸 出引腳 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 引腳 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 電源電路的設(shè)計(jì) 直流電源電路一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。 變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路AC 220 VUi U 1 U 2 U 3 U 0+RL 圖 電源變壓器的作用是將電網(wǎng) 220V的交流電壓變成整流 電路所需要的電壓U1。濾波電路作用是將脈動(dòng)直流 U2濾除紋波，變成紋波小的 U3，常見的電路有 RC 濾波、 KL 濾波、 ∏ 型濾波等，常用的選RC 濾波電路。 12 )~( UU ? 每只二極管或橋堆所承受的最大反向電壓 12UURM ? 對(duì)于橋式整流電路，每只二極管的平均電流 RUII RAVD 1)( ?? RC 濾波電路中， C 的選擇應(yīng)適應(yīng)下式，即 RC 放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)滿足： RC=（ 3～ 5） T/2 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 式中 T 為輸入交流信號(hào)周期； R 整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。常見的穩(wěn)壓電路有三端穩(wěn)壓器、串聯(lián)式穩(wěn)壓電路等。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 12 F e b 2020 S he e t of F i l e : H : \電源設(shè)計(jì) \電源原理圖 .D db D r a w n B y :RUCT U i+RUC+TRUC+T（ a ）全波整流電容濾波電路 （ b ）橋式整流電容濾波電路 （ c ）二倍壓整流電容濾波電路O O OL L LU iU iU i++ +/2/2 圖 常見整流濾波電路 電源原理如圖 所示。 5V穩(wěn)定電壓 。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如計(jì)算機(jī)的串口是RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè) 電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示， MAX232 的第 10 腳和單片機(jī)的 11 腳連接，第 9 腳和單片機(jī)的10 腳連接，第 15 腳和單片機(jī)的 20 腳連接。串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：通信線路簡(jiǎn)單 ，最多只需一對(duì)傳輸線即可實(shí)現(xiàn)通信，成本低但速度慢，其通信線路既能傳送數(shù)據(jù)信息，又能傳送聯(lián)絡(luò)控制信息；它對(duì)信息的傳送格式有固定要求，具體分為異步和同步兩種信息格式．與此相應(yīng)有異步通信和同步通信兩種方式；在串行通信中，對(duì)信息的邏輯定義與 TTL不兼容，需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換：計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。 MCS51內(nèi)部的串行口，大大擴(kuò)展了 MSC51的應(yīng)用范圍。 MSC51串行口的輸入、輸出均為 TTL電平。為了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離，一般采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如 RS232C、 RS422A、 RS485等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)串行通信。 唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 目前的 PC機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232接口， RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 25針連接器，但在實(shí)際應(yīng)用中并不一定用到 RS232C的全部信號(hào)線，所以， PC機(jī)配置的都是 9針“ D”型連接器。 在通常的異步串行通信中只使用其中三個(gè)引腳，即引腳 2(接收 RXD)、引腳3(發(fā)送 TXD)、引腳 5(信號(hào)地 SG)．各引腳功能如圖 ． SGRIDTRCTSTXDRTSRXDDSRDCD 圖 九針串口引腳功能圖 PC機(jī)的 RS232C接口信號(hào) 表 RS232C接口信號(hào)表 引腳號(hào) 符號(hào) 方向 功能 1 DCD 輸入 數(shù)據(jù)載體檢測(cè) 2 TXD 輸出 發(fā)送數(shù)據(jù) 3 RXD 輸入 接收數(shù)據(jù) 4 DTR 輸出 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 5 GND 信號(hào)地 6 DSR 輸入 數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好 7 RTS 輸出 請(qǐng)求發(fā)送 8 CTS