【正文】 而大大縮小了體積，具有可編程型和實(shí)現(xiàn)方案容易改動(dòng)的特點(diǎn)，有利于產(chǎn)品的研制和升級(jí)。采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的測試信號(hào)控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算和控制數(shù)碼管的顯示輸出等。一塊復(fù)雜的可編程邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）芯片完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能。系統(tǒng)組成原理框圖如圖25所示。由一片CPLD完成各種測試功能，對標(biāo)準(zhǔn)頻率和被測信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)對整個(gè)測試系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括對CPLD測量過程的控制、測量結(jié)果數(shù)據(jù)的處理、鍵控制信號(hào)的讀入與處理；最后將測量結(jié)果送LED顯示。被測信號(hào)整形主要對被測信號(hào)限幅、放大、在經(jīng)過整形后送入CPLD。CPLD的標(biāo)準(zhǔn)測試頻率為40MHZ。單片機(jī)由外接12MHZ標(biāo)準(zhǔn)晶振提供時(shí)鐘電路。 方案論證與選擇基于單片機(jī)的頻率測量計(jì)設(shè)計(jì)方案主要是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，原理簡單，但由于自身精度問題，測量的范圍小。基于CPLD和單片機(jī)結(jié)合的頻率測量設(shè)計(jì)方案主要是以單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，CPLD完成過種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能。較好的利用了CPLD的高精度、高速等方面的有點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，測頻范圍為0100MHZ,單片機(jī)達(dá)不到此要求，故采用方案二—基于CPLD/FPGA和單片機(jī)的頻率測量計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）153 單元模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成框圖如圖31所示，由一片CPLD完成各種測試功能，對標(biāo)準(zhǔn)頻率和被測信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。單片機(jī)對整個(gè)測試系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括對鍵盤信號(hào)的讀入與處理；對CPLD測量過程的控制、測量結(jié)果數(shù)據(jù)的處理；最后將測量結(jié)果送LED顯示輸出。被測信號(hào)整形電路主要對被測信號(hào)進(jìn)行限幅、放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后送入CPLD。用40MHZ的有源晶振作為CPLD的測試標(biāo)準(zhǔn)頻率。電源部分采用220V交流電經(jīng)變壓、濾波、穩(wěn)壓后得到5V電壓供整個(gè)系統(tǒng)使用。單片機(jī)由外接12MHZ標(biāo)準(zhǔn)晶振提供時(shí)鐘電路?；?CPLD 和單片機(jī)的頻率測量計(jì)的設(shè)計(jì)16圖31 系統(tǒng)原理框圖 schematic block diagram of systerm其核心部分為單片機(jī)和可編程芯片CPLD。所有信號(hào)包括基準(zhǔn)頻率信號(hào)、被測信號(hào)以及自校輸入信號(hào)均可在AT89C51單片機(jī)的控制下送入CPLD芯片中，單片機(jī)將每次測試結(jié)果讀入內(nèi)存RAM中，經(jīng)運(yùn)算處理后，以十進(jìn)制的形式送到8位數(shù)碼管顯示電路顯示。鍵盤控制命令通過一片74LS165并入串出移位寄存器讀入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)開始功能、預(yù)置門時(shí)間控制功能等。 鍵控制模塊 串行輸出移位寄存器（74LS165）74L165 是并行輸入，串行輸出移位寄存器。80C51 單片機(jī)內(nèi)部的串行口在方式 0 工作狀態(tài)下,使用移位寄存器芯片可以擴(kuò)展一個(gè)或多個(gè) 8 位并行 I/O 口。 　　其引腳如圖所示：A,B,C,D,E,F,G,H 并行輸入端。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17QH 串行輸出端。CLOCK：時(shí)鐘輸入端。 　　CLOCK INHIBIT：時(shí)鐘禁止端。當(dāng)時(shí)鐘禁止端 CLK2 為低電平時(shí)，充許時(shí)鐘輸入。 　　SHIFT/LOAD：移位與置位控制端。SER：擴(kuò)展多個(gè) 74LS165 的首尾連接端。 　　74LS165 引腳定義 ： 圖 32 74LS165 引腳定義圖 Pins definition figure of 74LS165圖 33 74LS165 引腳封裝圖 Pins encapsulation figure of 74LS16574LS165 邏輯表 ：基于 CPLD 和單片機(jī)的頻率測量計(jì)的設(shè)計(jì)18圖34 74LS165 邏輯真值表 Logic Truth Table of 74LS165 鍵盤電路圖35為按鍵接口電路，因?yàn)榘存I數(shù)量較少，所以采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。HGFEABCD74LS165Q HC L KS / Lamp。amp。( R X D ) P 3 . 0( T X D ) P 3 . 1P 3 . 5P 3 . 2AT69C511 01 11 21 5V C C3 K ? 4K 1 K 2 K 3 K 47 4 L S 0 87 4 L S 0 8C L K I N H1 51291 11 21 31 43456圖 35 鍵盤控制電路 Controlling circuit of keyboard每個(gè)按鍵各接一根輸入線，從而使一根線上按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其它線上的工作狀態(tài)。4 個(gè)按鍵通過一片并入串出的 74LS165 接入單片機(jī)，單片機(jī)的 P3. 0 口為串行數(shù)據(jù)輸入線，P3. 1 口提供 741LS165 移位所需的時(shí)鐘信號(hào)，P3. 2 口控制 74LS165 的并行置入和串行移位信號(hào)線。P3. 5 為信號(hào)封所線，防止按鍵按下時(shí)的強(qiáng)電流對顯示造成影響。按鍵的消抖用軟件延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)。4 鍵分別為開始功能鍵和 秒、1 秒、10 秒三個(gè)時(shí)間鍵。74LS165 的 4 個(gè) I/O 口通過 3K 的電阻接高電平，當(dāng)掃描到某一位為低電平時(shí)表示有按鍵按下。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 顯示模塊 顯示電路設(shè)計(jì)測試結(jié)果輸出顯示模塊如圖 36 所示。8 位 8 段 LED 采用共陽極接法，顯示方式為靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式顯示亮度較高，而且顯示狀態(tài)穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際亮度需求每段LED 接 5K 的限流電阻。AT89C51 的 P3. 0 口為數(shù)據(jù)輸出線，數(shù)據(jù)經(jīng) 8 片串入并出74LS164 以串行方式送入 LED(數(shù)據(jù)從最右端串行移入)，每片 74LS164 驅(qū)動(dòng)一只LED。P3. 1 為串行移位時(shí)鐘線。P3. 4 為數(shù)據(jù)封鎖線。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)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。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開銷小。A T 8 9 C 5 1P 3 . 0 ( R X D )P 3 . 1 ( T X D )P 3 . 4QhQgQfQeQdQcQbQaBACLKCLRabcgfed5 k Ω 8V c c9 8 1 23 4 5 610111213QhQgQfQeQdQcQbQaBACLKCLRabcgfed5 k Ω 8V c c9 8 1 23 4 5 610111213QhQgQfQeQdQcQbQaBACLKCLRabcgfed5 k Ω 8V c c9 8 1 23 4 5 610111213amp。amp。V c c圖 36 顯示電路 Display circuitAT89C51 單片機(jī)串行口方式 0 為移位寄存器方式，外接 8 片 74LS164 作為 8 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口，把 AT89C51 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。基于 CPLD 和單片機(jī)的頻率測量計(jì)的設(shè)計(jì)2074LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中 A、B（第 2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2 個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。CLK（第 8 腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到CLK 端時(shí)，移位寄存器移一位，8 個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8 位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74LS164 中。（第 9 腳）為復(fù)位端，當(dāng) =0 時(shí)，移位寄存器各位復(fù) 0，只有當(dāng) =1 時(shí)，時(shí)鐘CLRCLRCLR脈沖才起作用。Q1…Q8（第 36 和 1013 引腳）并行輸出端分別接 LED 顯示器的dga 各段對應(yīng)的引腳上。在給出了 8 個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入 74LS164 的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，搞清了這一點(diǎn)，下面讓我們來看電路，8 片 7LS164 首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入 8 個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī) RXD 端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74LS164 中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè) 8 個(gè)脈沖到來后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片 74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片 74LS164，這樣，當(dāng)?shù)诎藗€(gè) 8 個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左面的 74LS164 中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、二、三、四、五、六、七、八片74LS164 中。 74LS164(串入并出移位寄存器)74ls164 是一個(gè)串入并出的 8 位移位寄存器，他常用于單片機(jī)系統(tǒng)中，下面介紹一下這個(gè)元件的基本知識(shí)．74LS164 引腳圖如下：圖 37 74LS164 引腳圖 Pin data of 74LS164簡述：? 串行輸入帶鎖存 ? 時(shí)鐘輸入,串行輸入帶緩沖 ? 異步清除 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21? 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá) 36MHZ ? 功耗：10mW/bit ? 74 系列工作溫度： 0176。C~70176。C ? Vcc 最高電壓：7V ? 輸入最高電壓：7V ? 最大輸出驅(qū)動(dòng)能力： ? 高電平：－ ? 低電平：8mA 電源模塊 整個(gè)電路的供電電源如圖 38 所示，220V 交流電經(jīng)變壓、整流、濾波后，由一片7805 三端穩(wěn)壓器向系統(tǒng)提供+5V 電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用 5V 電源電壓供電，直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路所組成。電源變壓器時(shí)將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰弥担缓蠼?jīng)過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須經(jīng)過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨時(shí)電網(wǎng)波動(dòng)（一般由 10%左右的波動(dòng)）負(fù)載和溫度的變化變化。因而再整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。選用輸出電壓固定為+5V 的三端集成穩(wěn)壓器 7805。變壓器將電網(wǎng) 220V 電壓變?yōu)?9V電壓，經(jīng)二極管橋式整流后，為 7~8V 的電壓送入 7805 的輸入端，電容 C5 和 C6 用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器 7805 產(chǎn)生高頻自激和抑制電路引入的高頻干擾，C4 和 C7 是電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入得低頻干擾。D8 為大電流保護(hù)二極管，防止在輸入端偶然短路到地時(shí)，輸出端大電容上存儲(chǔ)的電壓反極性加到輸出、輸入端之間而損壞芯片。圖中用一個(gè)發(fā)光二極管來檢測電源電路是否通電，同時(shí)還可作為電源電路是否出現(xiàn)故障的標(biāo)志，當(dāng) LED 亮則完好，否則電源電路可能未上電或出現(xiàn)錯(cuò)誤，起到一個(gè)很好的自動(dòng)電源檢測功能?；?CPLD 和單片機(jī)的頻率測量計(jì)的設(shè)計(jì)22176。176。T R A N S1432D 3C 4D 5 D 6穩(wěn)壓器 7 8 0 5123IOG+2 2 0 VU 1 4D 42 2 0 0 181。 F+C 50 . 1 181。 FC 60 . 1 181。 FC 72 2 0 0 181。 F5 1 0 ΩD 7L E DD 8 I N 4 0 0 5圖 38 電源電路 Power circuit 輸入信號(hào)整形模塊 信號(hào)整形電路