【正文】 ………………………………………………… 13 參考文獻(xiàn) ……………… …………… ………………………………… 14 附錄 匯編源程序代碼 ………………………………………………… 15 1 基于 51 單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì) 第 1 節(jié) 引言 本應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是通過在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識(shí)，以及查閱資料， 培養(yǎng)一種自學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的數(shù)字測量儀器。 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，測量迅速，精確度高，顯示直觀， 經(jīng)常要用到頻率計(jì)。測量范圍從 1Hz— 10kHz 的正弦波、方波、三角波，時(shí)基寬度為 1us,10us,100us,1ms。 基本設(shè)計(jì)原理是 直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的一種測量裝置。 頻率測量儀的設(shè)計(jì)思路與頻率的計(jì)算 頻率測量儀的設(shè)計(jì)思路主要是：對信號(hào)分頻，測量一個(gè)或幾個(gè)被測量信號(hào)周期中已知標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的周期 個(gè)數(shù)，進(jìn)而測量出該信號(hào)頻率的大小，其原理如 右 圖1所示。 由圖可知： T=NTo 圖 1 頻率測量原理圖 2 （注： To為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的周期，所以 T為分頻后信號(hào)的周期，則可以算出被測量信號(hào)的頻率 f。 基本設(shè)計(jì) 原理 基本設(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的一種測量裝置。 所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)。其中脈沖形成電路的作用是 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。閘門電路由標(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。由于計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù) N 是在 1 秒時(shí)間內(nèi)的累計(jì)數(shù)，所以被測頻率 fx=NHz?？?分為以下幾個(gè)模塊：放大整形模塊、秒脈沖產(chǎn)生模塊、換檔模擬轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、LCD 顯示模塊。 引腳說明： 178。 GND:地 178。當(dāng)對 0端口寫入 1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。在這種模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。 P1 口： P1 口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。當(dāng)對 P1 口寫 1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。 178。 P2 口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯門電路。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在 上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（ IIL）。在這種情況下， P2 口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出 1 時(shí)。 當(dāng) EPROM 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口同時(shí)接收高 8位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O 端口。當(dāng)向 P3 口寫 1 時(shí)， 通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。 P3口同時(shí)具有 AT89C51 的多種特殊功能，具體如下表 1所示 : 端口引腳 第二功能 RXD (串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） 0INT (外部中斷 0) 1INT （外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0） T1（定時(shí)器 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都選通） 表 1 P3 口的第二功能 178。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG :當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低 8位字節(jié)。 一般情況下， ALE 是以晶振頻率的 1/6 輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。 178。當(dāng) AT89C52 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將跳過兩個(gè)信號(hào)。 EA/VPP:外部訪問允許。需要主要的是，如果加密位1 被編程，復(fù)位時(shí) EA 端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。 178。 178。 在本次設(shè)計(jì)中，采用 89C51 作為 CPU 處理器，充分利用其硬件資源，結(jié)合 D觸發(fā)器 CD4013，分頻器 CD4060，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) CD4051，計(jì)數(shù)器 74LS90 等數(shù)字處理芯片，主要控制兩大硬件模塊，量程切換以及顯示模塊。 6 信號(hào)調(diào)理及放大整形模塊 放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特觸發(fā)器。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的射級跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到閘門以便計(jì)數(shù)。每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù) 置位復(fù)位時(shí)鐘輸入和 Q 及 Q 非輸出。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在 D 輸入端的邏輯電平傳送到 Q輸出端。 圖 5 CD4013 芯片 引 腳 用功能 圖 D4D IO D ED3D IO D ED2D IO D E2376 5184U3L M 3 11D1D IO D EC L R 11C L K 13D12D212C L K 211S E T 14S E T 210C L R 213Q15Q16Q29Q28G N D7+ 5V14IC 17 4L S 1 412J1C O N 212J2C O N 2C11 05R1R E S 1R2R E S 1R3R E S 1R4R E S 1R5R E S 1R6R E S 1D5Z E N E R 1V C C 15 VV C C 1 5VG N DV C C 15 VV C C 1 5VG N DG N DG N D5VG N DV C CG N D32184U 1AL F 3 53567U 1BL F 3 53 7 CD406014 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器 ，引腳及功能見如下圖 6： CD4060 由一震蕩器和 14極二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，震蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC 或晶振電路。 圖 6 CD4060 芯片引腳用功能圖 時(shí)基信號(hào)的產(chǎn)生原理： 本電路采用 32768HZ 晶體震蕩器，利用 CD4060 芯片經(jīng)過 14 級分頻得到2HZ 的信號(hào)（ 32768/214），在經(jīng)過 CD4013 雙 D觸發(fā)器經(jīng)過二分頻得到 的方波，即輸出秒脈沖信號(hào)使單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 B、 可選擇當(dāng)作行驅(qū)動(dòng)或列驅(qū)動(dòng) 。 2 個(gè) LCD 驅(qū)動(dòng)波形 。 D、 通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號(hào)讀數(shù)顯示出來。 C 儲(chǔ)存溫度 30 +80 176。 C V Ta = 25176。 C 3）、時(shí)序特性 表 項(xiàng) 目 符 號(hào) 測試條件 標(biāo) 準(zhǔn) 值 單位 MIN TYPE MAX 允許時(shí)間周期 TCYCE 1000 ns 允許脈沖寬度 ,高電平 PWEH 450 ns 允許上升和下降時(shí)間 tEr tEf 25 ns 地址建立時(shí)間 tAS 140 ns 數(shù)據(jù)延遲時(shí)間 tDDR 320 ns 數(shù)據(jù)建立時(shí)間 tDSW 195 ns 數(shù)據(jù)保持時(shí)間 tH 10 ns DATA HOLD TIME tDHR 20 ns 地址保持時(shí)間 tAH 10 ns 9 4）、引腳和指令功能 ）模塊引腳功能 表 引 線 號(hào) 符 號(hào) 名 稱 功 能 1 Vss 接地 0V 2 VDD 電路電源 5V177。 ） ） 指令功能 格式 :RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 D