【正文】 互補(bǔ)輸出端（ Y、 W）， Y 輸出原碼，W 輸出反碼 [13]。 74LS151 引腳如圖 13 所示。 圖 13 74151管腳圖 74LS151 的功能如下表 所示。其中 A、 B、 C 為 選擇輸入端 ， D0D7 為 數(shù)據(jù)輸入端 ，STROBE 為 選通輸 入 端（低電平有效 ）， W為 反碼數(shù)據(jù)輸出端 ， Y為 數(shù)據(jù)輸出端 。 表 5 74151功能表 14 分頻電路 根據(jù)以上分析，采用 74LS161 和 74LS151 設(shè)計(jì)分頻電路如圖 14 所示。 A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1GND8VCC16RCO15Q311Q212Q113Q014U1674161X04X13X22X31X415X514X613X712A11B10C9E7GND8VCC16Y5Y6U1474151I111I122O13I214I225O26GND7O38I319I3210O411I4112I4213VCC14U1374005VCLEAR5VP355V5VCLEARADDR0ADDR1ADDR2F1 圖 15 分頻電路原理圖 顯示模塊 顯示模塊由頻率值顯示電路和量程轉(zhuǎn)換指示電路組成。頻率值顯示電路采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示頻率計(jì)被測(cè)數(shù)值，使用三極管 8550進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使數(shù)碼管亮度變亮，便于觀察測(cè)量。量程轉(zhuǎn)換指示電路由紅、黃、綠三個(gè) LED 分別指示 Hz、 KHz 及 MHz 檔，使讀數(shù)簡(jiǎn)單可觀。 15 數(shù)碼管介紹 常見的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管 ， 根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何 種接口類型 [14].兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理如圖 16 所示。 圖 16 兩種數(shù)碼管內(nèi)部原理圖 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有 1～ 2 mA，最大極限電流也只有 10～ 30 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL高電平( V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。 頻率值顯示電路 數(shù)碼管電路設(shè)計(jì)不加三極管驅(qū)動(dòng)時(shí)，數(shù)碼管顯示數(shù)值看不清，不便于頻率值的測(cè)量與調(diào)試 。因此加入三極管 8550 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。使用 4位數(shù)碼管進(jìn)行頻率值顯示，如果選擇共陰極數(shù)碼管顯示，則需要 8 個(gè)三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而采用共陽(yáng)極數(shù)碼管則需要 4 個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)約成本，因此選用共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，具體數(shù)碼管設(shè)計(jì)電路如圖 17所示。 A B C DEFGDP1 2 3 4U?7LEDQ?8550Q?8550Q?8550Q?85504K7R?4K7R?4K7R?4K7R?5VP20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27P00 P01 P02 P03 圖 17 數(shù)碼管顯示電路 16 檔位轉(zhuǎn)換指示電路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用 紅、黃、綠三個(gè) LED 分別指示 Hz、 KHz 及 MHz 檔，根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率值大小，可以自動(dòng)切換量程單位，無(wú)需手動(dòng)切換，便于測(cè)量和讀數(shù)，簡(jiǎn)單方便。具體設(shè)計(jì)的檔位轉(zhuǎn)換 LED 指示電路如圖 18 所示。 D7REDD9GREEND8YELLOW220R25220R26220R275VLED1LED2LED3 圖 18 LED檔位指示電路 17 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)，敘述了各個(gè)模塊的程序流程圖，并介紹了軟件 Keil和 Proteus 的使用方法和調(diào)試仿真。 軟件模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊，信號(hào)頻率測(cè)量模塊，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和顯示模塊等模塊組成。系統(tǒng)軟件流程如圖 19所示。 頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率測(cè)量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊設(shè)置堆棧指針（ SP）、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工 作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，即用來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率 [15]。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化頻 率 測(cè) 量頻 率 是 否 超 過(guò) 1 K H z硬 件 十 分 頻計(jì) 數(shù) 器 計(jì) 數(shù)測(cè) 頻 率 值測(cè) 量 數(shù) 據(jù)顯 示NY 圖 19 系統(tǒng)軟件流程總圖 首先定時(shí)／計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0，運(yùn)行控制位 TR 置 1，啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，從計(jì)數(shù)閘門的最小值（即測(cè)量頻率的高量程）開始測(cè)量，計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí) TR清 0，停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的數(shù)值經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換程序從十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為 0，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為 0，將計(jì)數(shù)閘門的寬 度擴(kuò)大 10 倍，重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作被設(shè)置為定時(shí)器方式，定時(shí)／ 18 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清 0，在判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來(lái)后，運(yùn)行控制位 TR 置為 1，以單片機(jī)工作周期為單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，直至信號(hào)的下跳沿到來(lái)，運(yùn)行控制位 TR 清 0，停止計(jì)數(shù)。 16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為 65535，當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)直接計(jì)數(shù)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)，先由硬件十分頻后再有定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，加大測(cè)量的精度和范圍。 中斷服務(wù)子程序 T0中斷服務(wù)子程 序流程如圖 20所示。測(cè)頻時(shí) ,定時(shí)器 T0 工作在定時(shí)方式 ,每次定時(shí) 50mS ,則 T0 中斷 20 次正好為 1秒 ,即 T0用來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào) ,定時(shí)器 T0 用作計(jì)數(shù)器 ,對(duì)待測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù) ,每秒鐘的開始啟動(dòng) T0 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉 T0 ,則定時(shí)器 T0 之值乘以分頻系數(shù)就為待測(cè)信號(hào)的頻率。 中 斷 開 始關(guān) 外 部 計(jì) 數(shù) 器中 斷 計(jì) 數(shù) 器 裝 初 值開 外 部 計(jì) 數(shù) 器選 擇 相 應(yīng) 檔 位判 斷 計(jì) 數(shù) 是 否 為 1 s中 斷 返 回Y 圖 20 T0中斷服務(wù)子程序 定時(shí)／ 計(jì)數(shù)器 T1工作在計(jì)數(shù)方式 , 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,計(jì)數(shù)器 1中斷流程圖如圖 21所示。 19 中 斷 開 始中 斷 開 始計(jì) 數(shù) 器 加 1 圖 21 計(jì)數(shù)器 1中斷服務(wù)子程序 顯示子程序 顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往數(shù)碼管上顯示出來(lái) ,由于所有 4 位數(shù)碼管的 8 根段選線并聯(lián)在一起由單片機(jī)的 P2口 控制 ,因此 ,在每一瞬間 4 位數(shù)碼管會(huì)顯示相同的字符 ,要想每位顯示不同的字符就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管 ,即在每一瞬間只點(diǎn)亮某一位顯示字符 ,在此瞬間 ,段選控制口 P2輸出相應(yīng)字符。由 逐位輪流點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管 , 每位保持 1mS ,在 10mS～ 20mS 之內(nèi)再點(diǎn)亮一次 ,重復(fù)不止 ,利用人的視角暫留 ,好像 4 位數(shù)碼管同時(shí)點(diǎn)亮。數(shù) 碼管顯示子程序流程如圖 22 所示。 開 始選 擇 檔 位數(shù) 據(jù) 各 位 分 離送 數(shù) 據(jù) 顯 示延 時(shí)結(jié) 束 圖 22 顯示子程序流程圖 20 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序 使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，外部的待測(cè)信號(hào)通過(guò)頻率計(jì)的預(yù)處理電路變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波，該方波同樣加至定時(shí)／計(jì)數(shù)器的輸入腳（ ）。工作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(duì)單片機(jī)的機(jī)器周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測(cè)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)寄 存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)。由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果，根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷，進(jìn)行頻率計(jì)比較后，進(jìn)行檔位的自動(dòng)切換，具體檔位自動(dòng)切換流程圖如圖 23 所示。 開 始測(cè) 量 頻 率 值 X顯 示 頻 率 值判 斷 X 值X 1 K H zX 1 M H z調(diào) 用 H z 檔調(diào) 用 M H z 檔結(jié) 束NYYN調(diào) 用 K H z 檔 圖 23 量程檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換子程序 21 軟件調(diào)試 Pouteus 軟件調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行 Keil 和 Proteus 系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，直到符合功能要求。Proteus 總體仿真圖 29所示。 圖 29 頻率計(jì)整體仿真圖 功能調(diào)試 當(dāng)測(cè)量頻率值小于 1KHz 以下時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率 值，并紅色 LED 燈亮，作為 Hz 檔單位指示。例如輸入信號(hào) 123Hz，仿真顯示如圖 30所示。 圖 30 HZ檔頻率仿真 當(dāng)測(cè)量頻率值大于且等于 1KHz 并小于 1MHz 時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，并黃色 LED 燈亮，作為 KHz 檔單位指示。例如輸入信號(hào) 456KHz，仿真顯示如圖 31 所示。 22 圖 31 KHZ檔頻率仿真 當(dāng)測(cè)量頻率值大于 1MHz 時(shí)，數(shù)碼管顯示頻率值，并綠色 LED 燈亮，作為 MHz 檔單位指示。例如輸入信號(hào) ，仿真顯示如圖 32所示。 圖 32 MHZ檔頻率仿真 經(jīng)上述測(cè)試，基本功能都以實(shí)現(xiàn)，可以測(cè)出波 形頻率值，并可以自動(dòng)切換量程單位，符合要求。 系統(tǒng)軟件調(diào)試 經(jīng)軟件的調(diào)試 — 修改 — 再調(diào)試，如此反復(fù)，排除各種故障最終基本完成了設(shè)計(jì)所要求的任務(wù)。由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器構(gòu)成基本測(cè)量電路，外加整形和分頻電路，由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以測(cè)出 1HZ5MHZ 的量程范圍，可以實(shí)現(xiàn)量程檔的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用的動(dòng)態(tài)顯示測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，但顯示數(shù)值準(zhǔn)確，穩(wěn)定時(shí)顯示不閃爍。 軟件仿真測(cè)量數(shù)據(jù)如下表 68 所示。 表 6： HZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測(cè)值（ Hz） 10 50 300 450 800 888 999 測(cè)量值（ Hz） 10 50 300 450 800 888 1000 表 7： KHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測(cè)值（ KHz） 15000 55000 125000 225000 425000 825000 925000 測(cè)量值（ KHz） 15 55 125 225 425 825 925 表 8： MHZ檔的數(shù)據(jù)記錄表 待測(cè)信（ MHz） 測(cè)量值（ MHz）