【正文】 制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級(jí)計(jì)算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。頻率計(jì)的基本原理[3]是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對比測量其他信號(hào)的頻率。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。有的還能自動(dòng)調(diào)整測試點(diǎn)，這樣不僅方便了操作，也提高了測試精度。雖然一些數(shù)字頻率計(jì)的功能復(fù)雜，但是使用起來既簡單又方便。其功能進(jìn)一步擴(kuò)大，除了測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間、相位、相位差等基本功能外，還具有自撿、自校、自診斷、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算方均根值、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信等功能。 課題內(nèi)容 本課題是由信號(hào)輸入、信號(hào)收集、信號(hào)處理、顯示四個(gè)部分組成。89C51單片機(jī)比以往的51單片機(jī)強(qiáng)大了很多，功能更全，方便了設(shè)計(jì)。雖然功能簡單，但其頻率的測量基本滿足需求，和市場上的一些數(shù)字頻率相比具有易操作，算法簡潔可行，整個(gè)頻率計(jì)簡單實(shí)用。本設(shè)計(jì)給出5V電源電路，由橋堆、電容、7805穩(wěn)壓管所構(gòu)成的輸入9V電壓輸出5V電壓電路。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)是一個(gè)將被測頻率顯示出來的計(jì)數(shù)裝置，它主要由單片機(jī)89C51控制、740LED顯示器、電源等組成。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。圖21為數(shù)字頻率計(jì)方案框圖。其基本原理[4]是，被測信號(hào)fs首先經(jīng)整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)，頻率與被測信號(hào)的頻率fx相同。當(dāng)其低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)送入鎖存器進(jìn)行鎖存顯示。所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）里變化的次數(shù)。整形閘門計(jì)數(shù)譯碼顯示門控信號(hào)時(shí)機(jī)信號(hào)脈沖信號(hào)圖22　原理框圖其中整形電路作用：將被測信號(hào)變成脈沖信號(hào)，其重復(fù)頻率等于被測頻率fx。閘門信號(hào)由標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號(hào)來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號(hào)通過閘門送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。在使用計(jì)數(shù)器方法實(shí)現(xiàn)頻率測量時(shí)，這時(shí)外部的待測信號(hào)位定時(shí)、計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)源，利用軟件延遲程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)閘門。這時(shí)頻率計(jì)的工作過程為：首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，然后檢測方波高電平是否加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳，當(dāng)判定高電平加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳，運(yùn)行控制位TR置1，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測方波高電平是否結(jié)束；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)器存期讀出測量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測量結(jié)果。它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Access Memory）、I/O (Input/Output)接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。STC89C51[6]可以完成ISP在線編程功能，STC89C51內(nèi)部有EEPROM，可以在程序中修改，斷電不丟失。頻率測量電路選用89C51作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心。16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)待測信號(hào)的頻率測量或者待測信號(hào)的周期測量。4K8位片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器用于放置系統(tǒng)軟件。89C51引腳圖如圖23所示。8031晶振接法如圖24。電容的大小范圍為20pF～40pF，本設(shè)計(jì)選用30pF電容。?ALE/ （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效。? EA/（31腳）：當(dāng)保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器，振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器反相放大器的輸出端。?P1口（1腳～8腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。?P2口（21腳～28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在對EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。?P3口（10腳～17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS TTL負(fù)載。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。在復(fù)位有效期間，ALE、 引腳輸出高電平。圖25 8031上電復(fù)位電路圖單片機(jī)復(fù)位狀態(tài)表。但復(fù)位不影響單片機(jī)內(nèi)部的RAM狀態(tài)。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。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種。通過發(fā)光二極管亮、暗的不同組，可以顯示多中數(shù)字、字母以及其他符號(hào)。使用時(shí)公共陽極接＋5V，這樣，陰極端輸入低電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入高電平的段則不點(diǎn)亮。使用時(shí)公共陰極接地，這樣，陽極端輸入高電平的段的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示；而輸入低電平的段則不點(diǎn)亮。 圖26 數(shù)碼管引腳圖共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。8個(gè)筆劃段dP、g、f、e、d、c、b、a對應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的DDDDDDDD0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。如果是共陽LED顯示器，公共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應(yīng)為10001100（8CH）。表22 LED十六進(jìn)制的數(shù)字代碼表字形共陽極代碼共陰極代碼字形共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3BOH4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H滅FFH00H880H7FH 7407緩沖器由于發(fā)光二極管通常需要幾個(gè)～幾十個(gè)毫安的驅(qū)動(dòng)電流才能發(fā)光，因此，每個(gè)顯示器必須用一個(gè)七位的驅(qū)動(dòng)器才能正常工作，驅(qū)動(dòng)電路可以用7407 TTL集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。圖27 7407引腳圖7407內(nèi)部圖如圖28所示。圖29 內(nèi)部指針方向7407真值表如表23所示。它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成[6]。圖210 74LS290引腳圖當(dāng)復(fù)位輸入R0(1)=R0(2)=1，且置位輸入S9(1)?S9(2)=0時(shí)，74LS290的輸出被直接置零；只要置位輸入S9(1)?S9(2)=1，則74LS290的輸出將被直接置9，即 =1001；只有當(dāng)S9(1)和S9(2)不全為1，并且R0(1)和R0(2)不全為1時(shí)，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。因此，74LS290又稱為“二—五