畢業(yè)論文-數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)【精校排版】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p>

2、;<p>　　AbstractIV</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1 頻率計(jì)應(yīng)用概述1</p><p>　　1.2 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹2</p><p>　　1.2.1 課題研究的目的和意義2</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀

3、2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理5</p><p>　　2.1 數(shù)字頻率計(jì)5</p><p>　　2.2 頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)思路與頻率的計(jì)算5</p><p>　　2.3 基本設(shè)計(jì)原理6</p><p>　　第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3

4、.1 電子元器件的選擇7</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)7</p><p>　　3.1.2 顯示譯碼單元7</p><p>　　3.1.3 數(shù)字顯示單元8</p><p>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3 AT89C51單片機(jī)及其引腳說(shuō)明9</p><

5、;p>　　3.4 信號(hào)調(diào)理及放大整形模塊11</p><p>　　3.5時(shí)基信號(hào)的產(chǎn)生原理13</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 編寫(xiě)軟件控制硬件完成以下各模塊的功能：14</p><p>　　4.1.1 定時(shí)讀數(shù)14</p><p>　　4.1.2 計(jì)數(shù)

6、部分14</p><p>　　4.1.3 鍵盤處理子程序流程結(jié)構(gòu)15</p><p>　　第五章 測(cè)量結(jié)果和誤差分析18</p><p>　　5.1 測(cè)量結(jié)果18</p><p>　　5.2 誤差來(lái)源分析18</p><p>　　5.3 誤差減小措施18</p><p>　

7、　第六章 結(jié)束語(yǔ)19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　附錄21</b></p><p><b>　　附錄一21</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p><

8、p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于

9、其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。</p><p>　　本文旨在設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)AT89C51為核心的數(shù)字頻率計(jì)，介紹了單片機(jī)、數(shù)字譯碼和顯示單元的組成及工作原理。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)輸入信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)程序控制計(jì)數(shù)，結(jié)果送譯碼器74LS145與移位寄存器74I S164，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示頻率值。通過(guò)測(cè)量結(jié)果對(duì)比，分析了測(cè)量誤差的來(lái)源，提出了減小誤差應(yīng)采取的措施。文中主要包括硬

10、件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)以及誤差分析三大模塊。頻率計(jì)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量方便、精度較高等特點(diǎn)，適合測(cè)量低頻信號(hào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計(jì)；單片機(jī)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；誤差分析</p><p>　　Digital Frequency Meter</p><p><b>　　Abstract</b></p><

11、p>　　Digital frequency meter is computer, communication equipment, audio video etc scientific research production field indispensable measuring instrument. It is a kind of decimal figures showed the measured signal fre

12、quency digital measuring instrument. It is the basic function of square wave signal measuring sine signal, and all kinds of other unit time change physical quantities. In the simulated, digital circuit design, installati

13、on, debugging process, because its use decimal number display, meas</p><p>　　This paper aims to design an AT89C51 microcontroller as the core of the digital frequency meter， the computer， the digital decodin

14、g and display unit of the composition and working principle. Measurement， the measured input signal is sent to microcontroller， controlled by the program counter， and the results sent to the decoder 74LS145 shift registe

15、r 74I S164，drive LED digital display frequency. By measuring the results of comparison and analysis of the sources of measurement error， the error sho</p><p>　　Key words: Digital frequency meter， single chip

16、， hardware design， software design， error analysis </p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 頻率計(jì)應(yīng)用概述</p><p>　　頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器，是一種專門對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的

17、周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率f=N/T[1]。電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展測(cè)量范圍，再加上提高測(cè)量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻上限擴(kuò)展到微波頻段。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了

18、新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測(cè)量速率；除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，還有許多工作要做，而不是表面看來(lái)似乎發(fā)展到頭了。</p><p>　　由于微電子技

19、術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，通常都是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成、調(diào)制的或含有未知頻率分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測(cè)量不同類型的信號(hào)，必須了解待測(cè)信號(hào)特性和各種頻率測(cè)量?jī)x器的性能。微波計(jì)數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用

20、來(lái)完成計(jì)數(shù)任務(wù)的，但制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的 計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會(huì)有所差別，比如說(shuō)一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示，對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測(cè)試需要正確地選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。</p><p>　　1.2 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹</p><p>　　1.2.1 課題研究的目的和意義</

21、p><p>　　毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)論是在科技研究中還是在實(shí)際應(yīng)用中，頻率測(cè)量的作用都顯得尤為重要。然而傳統(tǒng)的頻率計(jì)通常采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。隨著科技的進(jìn)步，為了較好的解決這一問(wèn)題人們開(kāi)始運(yùn)用單片機(jī)測(cè)量頻率，它是一種基于時(shí)間或頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。</p><

22、p>　　與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比，運(yùn)用了單片機(jī)頻率計(jì)有著體積更小，運(yùn)算速度更快，測(cè)量范圍更寬的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它能大大的降低制作成本。由于傳統(tǒng)的頻率計(jì)中有許多功能是依靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而采用單片機(jī)測(cè)量頻率之后，有許多以前需要用硬件才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在僅僅依靠軟件編程就能實(shí)現(xiàn)，而且不同的軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這一巨大優(yōu)勢(shì)無(wú)疑使得制作成本大大降低。</p><p>　　由于當(dāng)今科技的日新月異，人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求

23、隨之增高，經(jīng)濟(jì)、高效、精準(zhǔn)成為人們的目標(biāo)，就頻率計(jì)來(lái)說(shuō)，如果現(xiàn)如今還是像傳統(tǒng)的方式來(lái)設(shè)計(jì)并制造，那顯然不能滿足人們的要求。那么基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)必將取代傳統(tǒng)的頻率計(jì)。而它的優(yōu)勢(shì)也顯而易見(jiàn)，小巧輕便、集成度高、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和修改。這些優(yōu)點(diǎn)無(wú)不滿足著人們追求經(jīng)濟(jì)、高效、精準(zhǔn)的目標(biāo)。試想一下，改變程序中的幾行命令顯然要比改變電路板上的幾條連線要快得多，方便得多。</p><p>　　也正是由于基于單片機(jī)的數(shù)字

24、頻率計(jì)與傳統(tǒng)的頻率計(jì)有著那么明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，我將數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為我的研究課題。通過(guò)設(shè)計(jì)頻率計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的檢測(cè)功能。在檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要熟悉以單片機(jī)為核心的控制單元，以檢測(cè)電路為依托的功能單元，以人機(jī)界面為媒介的交互單元。了解頻率檢測(cè)的算法及軟硬件的實(shí)現(xiàn)方式。靈活應(yīng)用電子相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過(guò)程中，加深對(duì)信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)處理的理解和認(rèn)識(shí)。這對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)都

25、是有很大幫助的。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　電子計(jì)數(shù)器是其他數(shù)字化儀器的基礎(chǔ)，在它的輸入通道接入各種模數(shù)變換器，再利用相應(yīng)的換能器便可制成各種數(shù)字化儀器。電子計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、量程寬、功能多、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、直接顯示數(shù)字，而且易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p&

26、gt;　　它的主要實(shí)現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點(diǎn)是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。鎖相式和直接數(shù)字式都同時(shí)具有容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、小型化、模塊化和工程化的特點(diǎn)，其中，鎖相式更是以其容易實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制且低功耗的特點(diǎn)成為眾多業(yè)內(nèi)人士的首選，應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　電國(guó)際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，電子計(jì)數(shù)器有通用和專用之分。&

27、lt;/p><p>　　通用型計(jì)數(shù)器：是一種具有多種測(cè)量功能、多種用途的萬(wàn)能計(jì)數(shù)器。它可測(cè)量頻率、周期、多周期平均值、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)等；若配上相應(yīng)插件，就可測(cè)相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可進(jìn)行長(zhǎng)度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測(cè)量。</p><p>　　專用計(jì)數(shù)器：指專門用來(lái)測(cè)量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、特種計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、予

28、置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等[2]。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類：低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＜10MHz；中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10—100MHz；高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＞100MHz；微波頻率計(jì)數(shù)器：測(cè)頻范圍1—80GHz或更高。</p><p>　　值得一提的是微波計(jì)數(shù)器，它是以通用計(jì)數(shù)器和頻率計(jì)數(shù)器為主配以測(cè)頻擴(kuò)展器而組成的微波頻率計(jì)。它的測(cè)頻上限已進(jìn)入毫米波段

29、，有手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)3類。系列化微波計(jì)數(shù)器是電子計(jì)數(shù)器發(fā)展的一個(gè)重要方面。</p><p>　　數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度?，F(xiàn)如今，數(shù)字頻率計(jì)已經(jīng)不僅僅是測(cè)量信號(hào)頻率的裝置了，用它還可以測(cè)量方波脈沖的脈寬。在人們的生產(chǎn)生活中數(shù)字頻率計(jì)也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，比如用數(shù)字頻率計(jì)來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，以便給人們爭(zhēng)

30、取時(shí)間處理。</p><p>　　除此之外，它還可以應(yīng)用于工業(yè)控制等其它領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)的頻率變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。</p><p>　　在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率

31、計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出的頻率變化，用戶通過(guò)使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來(lái)對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。</p><p>　　在無(wú)線通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以用來(lái)對(duì)無(wú)線電臺(tái)的跳幀信號(hào)進(jìn)行分析。</p>&

32、lt;p>　　頻率計(jì)的設(shè)計(jì)目前也有專用芯片可以實(shí)現(xiàn)，如利用MAXIM公司ICM7240來(lái)設(shè)計(jì)頻率計(jì)。但由于這種芯片的計(jì)數(shù)頻率比較低，遠(yuǎn)不能達(dá)到在一些場(chǎng)合需要測(cè)量很高的頻率要求，而且測(cè)量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)的方法可以解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精度較高、等精度和寬范圍頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　2.1

33、 數(shù)字頻率計(jì)</p><p>　　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(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)通常由輸入整

34、形電路、晶體振蕩器、分頻器、量程選擇開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器、顯示器等組成[3]。輸人通道將被測(cè)信號(hào)放大、整形，轉(zhuǎn)換為頻率與被測(cè)信號(hào)頻率相同的脈沖信號(hào)u。，在門控時(shí)間(閘門時(shí)間)T內(nèi)主門打開(kāi)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器用以累計(jì)通過(guò)主門的計(jì)數(shù)脈沖。它是一個(gè)二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)值經(jīng)譯碼顯示單元以十進(jìn)制方式顯示測(cè)量結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源、時(shí)基分頻、門控電路等單元主要用以產(chǎn)生門控信號(hào) (亦稱時(shí)標(biāo)信)。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源通常由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率很高的標(biāo)準(zhǔn)頻率，作為計(jì)數(shù)

35、器的內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)。時(shí)基分頻電路對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻并經(jīng)門控電路變換為門控號(hào)。</p><p>　　2.2 頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)思路與頻率的計(jì)算</p><p>　　頻率測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)思路主要是：對(duì)信號(hào)分頻，測(cè)量一個(gè)或幾個(gè)被測(cè)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(cè)量出該信號(hào)頻率的大小，其原理如圖2. 1所示。</p><p>　　圖2.1 頻率測(cè)量原理圖<

36、;/p><p>　　若被測(cè)量信號(hào)的周期為Tx，分頻數(shù)m1，分頻后信號(hào)的周期為T，則：T=m1Tx ?？芍篢=Nto。 </p><p>　?。ㄗⅲ篢o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(cè)量信號(hào)的頻率f。）</p><p>　　由于單片機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率比較穩(wěn)定，而是系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率的誤差，通常情況下很??；而系統(tǒng)的量化誤差小于1，所以由T=NTo

37、可知，頻率測(cè)量的誤差主要取決于N值的大小，N值越大，誤差越小，測(cè)量的精度越高。</p><p>　　2.3 基本設(shè)計(jì)原理</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的基本原理數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。若在給定的ls內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)并能將計(jì)數(shù)結(jié)果表示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。因此數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)還要將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信

38、號(hào)，然后通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間問(wèn)隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理[4]。</p><p>　　主要由五個(gè)模塊構(gòu)成：脈沖發(fā)生器電路，測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器電路，計(jì)數(shù)模塊電路，鎖存器和譯碼器驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，脈沖發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)1hz的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)的變換，產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號(hào)。測(cè)量信號(hào)時(shí)，將被測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)整形電路，產(chǎn)生同頻率的矩形波，送入計(jì)數(shù)模塊。計(jì)數(shù)器對(duì)輸入

39、的矩形波進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果送入鎖存器中，保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，譯碼驅(qū)動(dòng)電路將二進(jìn)制表示的計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠在七段數(shù)碼顯示管上可以顯示的十進(jìn)制結(jié)果，在數(shù)碼管上可以看到計(jì)數(shù)結(jié)果。</p><p>　　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)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測(cè)信號(hào)變成脈沖信號(hào)，其重復(fù)頻率等于被

40、測(cè)頻率fx。時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間脈沖信號(hào)，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于1s。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(lái)到時(shí)，閘門開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。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(cè)頻率fx=NHz。</p><p>　　第三章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p

41、>　　3.1 電子元器件的選擇</p><p>　　本頻率計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器件是單片機(jī)AT89C51，AT89C51單片機(jī)是美國(guó)ATMJEL公司推出的單片機(jī)，它與MCS－51完全兼容，4K程序存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)有三級(jí)加密，不易仿制，其寬電壓范圍2．7～67V及低功耗的特點(diǎn)，特別適用于微型儀器儀表[5]。由它完成對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率的計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件?？煞譃橐韵聨?/p>

42、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)、LED顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)</p><p>　　單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，是將CPU、ROM、RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口等功能模塊集成在一塊芯片上所構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)[6]。選擇單片機(jī)

43、AT89C51是因?yàn)橛芯幊天`活、易調(diào)試的特點(diǎn)，而且AT89C51的引腳較多，利于電路的擴(kuò)展。它集成了CPU，RAM，ROM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多功能i/o 口等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需的基本功能部件，有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙工串行通信口。其片內(nèi)集成了4 KB的FLASHPEROM 用來(lái)存放應(yīng)用程序，這個(gè)FLASH 程序存儲(chǔ)器除允許一般的編程器離線編程外，還允許在

44、應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)在線編程，并且還提供了對(duì)程序進(jìn)行三級(jí)加密保護(hù)的功能。AT89C51的另一個(gè)特點(diǎn)是工作速度更高，晶振頻率可高達(dá)24 MHz，一個(gè)機(jī)器周期僅為500 ms，比McS-51系列單片機(jī)快了一倍。</p><p>　　3.1.2 顯示譯碼單元</p><p>　　顯示部分采用譯碼器74LS145與移位寄存器74LS164E，數(shù)字電路芯片74LS145是8421BCD碼—十進(jìn)制譯碼器,

45、其輸出級(jí)是集電極開(kāi)路的 4輸入與非門[7]。主要是考慮了性價(jià)比的原因。比如，此處可以采用HARRIS公司推出的ICM7218B共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，它集BCD譯碼器、多路掃描器、段驅(qū)動(dòng)和位驅(qū)動(dòng)于一體。用此驅(qū)動(dòng)可使電路相對(duì)簡(jiǎn)單，顯示部分的軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，但由于其價(jià)位相對(duì)較高，故采用譯碼器74LS145與移位寄存器74LS164。</p><p>　　3.1.3 數(shù)字顯示單元</p><p&

46、gt;　　LED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示方式。顯示時(shí)將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位i/o 口控制，形成段選線的多路復(fù)用。譯碼器74LS145是位選部分，移位寄存器74LS164是段選部分。由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位來(lái)說(shuō)都是相同的。同一時(shí)刻，如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話，六位的LED將顯示相同的字符。要各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就須采用掃描顯示方式。即在同一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其

47、他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字型碼，這樣同一時(shí)刻，六位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他五位則是熄滅的。而在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段選線上輸出相應(yīng)位將要顯示字符的字符碼。這樣循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而且同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于人眼有視覺(jué)殘留現(xiàn)象，在掃描周期確定的情況下，行顯示

48、的時(shí)間足夠短，以致會(huì)影響到LED的亮度效果[8]。</p><p><b>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該系統(tǒng)工作的總原理圖如圖3.2所示：以單片機(jī)AT89C51為核心，由譯碼器74LS145與移位寄存器74LS164實(shí)現(xiàn)串行輸出顯示，其中74LS164輸出段選信號(hào)，74LS145輸出位選信號(hào)。</p><p>　　圖3

49、.2 數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　具體連接方法是將P1．0口與寄存器74LS164的A，B端口連接，P1．1口與移位寄存器74LS164的cI K連接，P1．5，P1．6，P1．7口分別與譯碼器74LS145的A，B，C端口連接，在P3．5口(即T1)輸入脈沖信號(hào)。電路實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是設(shè)法取得準(zhǔn)確的一秒定時(shí)，并讓計(jì)數(shù)器只計(jì)數(shù)一秒，這樣計(jì)數(shù)結(jié)果則為頻率值。實(shí)現(xiàn)的方法是利用單片機(jī)內(nèi)的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

50、，用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)一秒定時(shí)；用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1作為計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)按動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)始定時(shí)及計(jì)數(shù)，時(shí)間到停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)LED顯示，得到頻率值。再次按動(dòng)開(kāi)關(guān)又進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)及其引腳說(shuō)明</p><p>　　AT89C51內(nèi)部是處于ERASE模式，這代表4KB的內(nèi)存都是FFH，并且立即可燒錄數(shù)據(jù)。為了有更好的互換性，

51、AT89C51的燒錄界面可以同時(shí)接收兩種燒錄電壓[9]。AT89C51是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的RAM，32條I/O線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串行口，片上震蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p><b>　　引腳說(shuō)明：</b></p><p>

52、<b>　　·VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：地</b></p><p>　　·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)0端口寫(xiě)入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。</p><p>　　當(dāng)P0口訪問(wèn)外

53、部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在EPROM編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)P1口寫(xiě)1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為

54、高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，P1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（IIL）。</p><p>　　P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)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。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）。P2口在訪問(wèn)外部

55、程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如MOVX ＠ DPTR）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。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)利用8位地址線訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例MOVX ＠R1），P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。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)。</p><p>　　P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4

56、個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫(xiě)1時(shí)，通過(guò)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。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）。</p><p>　　P3口同時(shí)具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下表3.1所示：</p><p>　　表3.1 P3口第二功能</p><p>　　·RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器

57、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。</p><p>　　·ALE/ :當(dāng)訪問(wèn)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)。</p><p>　　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。但也要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　· /V

58、PP:外部訪問(wèn)允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GND相連接。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。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)， 應(yīng)該接到VCC端。</p><p>　　· XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。</p><p>　　· XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</

59、p><p>　　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(kāi)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。下面還將詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　3.4 信號(hào)調(diào)理及放大整形模塊</p><p>　　放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟隨器、放大器、施密特

60、觸發(fā)器。它將正弦輸入信號(hào)Vx整形成同頻率方波Vo，幅值過(guò)大的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓器分壓送入后級(jí)放大器，以避免波形失真。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的射級(jí)跟隨器起阻抗變換作用，使輸入阻抗提高。同相輸入的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為（R1+R2）/R1，改變R1的大小可以改變放大倍數(shù)。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)。</p><p>　　由于輸入的信號(hào)幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)

61、量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中采用了這個(gè)信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如圖3.3所示： </p><p>　　圖3.3 信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　CD4013------雙上升沿D觸發(fā)器，引腳及功能見(jiàn)如圖3.4：</p><p>　　圖3.4 CD40

62、13芯片引腳及其功能圖</p><p>　　CD4013：由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。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。此器件可用作移位寄存器，且通過(guò)將Q非輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器。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。置位和復(fù)位或復(fù)位線上的高電平完成。</p><p>　　CD4060：14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，引腳

63、及功能見(jiàn)如圖3.4.3： </p><p>　　圖3.4.3 CD4060芯片引腳及其功能圖</p><p>　　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。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無(wú)效，所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器 CP1非（和 CP0）的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，在時(shí)鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無(wú)限制。

64、 </p><p><b>　　時(shí)基信號(hào)的產(chǎn)生原理</b></p><p>　　如圖3.5秒脈沖產(chǎn)生電路原理圖</p><p>　　圖3.5 秒脈沖產(chǎn)生電路原理圖</p><p>　　本電路采用32768HZ晶體震蕩器，利用CD4060芯片經(jīng)過(guò)14級(jí)分頻得到2HZ的信號(hào)（32768/214），在經(jīng)過(guò)CD4013雙D觸發(fā)

65、器經(jīng)過(guò)二分頻得到0.5HZ的方波，即輸出秒脈沖信號(hào)使單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 編寫(xiě)軟件控制硬件完成以下各模塊的功能：</p><p>　　4.1.1 定時(shí)讀數(shù)</p><p>　　晶體可以在1.2MHz~12 MHz之間選擇，電容值可以在50

66、PF~30PF之間選擇電容的大小可以起到頻率微調(diào)作用[10]。我們本次采用12 MHz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時(shí)已超過(guò)了定時(shí)器可提供的最大定時(shí)值。為了實(shí)現(xiàn)一秒的定時(shí)，采用定時(shí)和計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn) 。選用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0作定時(shí)器，工作于方式1產(chǎn)生50 ms的定時(shí)，再用軟件計(jì)數(shù)方式對(duì)它計(jì)數(shù)20次，就可得到一秒的定時(shí)。</p><p>　　4.1.2 計(jì)數(shù)部分</p><p>　　將定

67、時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1采用工作方式1，方式選擇位C/T設(shè)為1，即設(shè)T1為16位計(jì)數(shù)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0采用工作方式1，C/T設(shè)為0，即設(shè)TO為16位定時(shí)器。計(jì)算計(jì)數(shù)初值：設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，本設(shè)計(jì)采用12 MHz的晶振。機(jī)器周期=12× (1/晶振頻率)-12×(1/12×10 )=1× 10-5，(216-X)×1

68、×10-6=50× 1O-3，X=15 536。所以計(jì)數(shù)初值為15 536，用十六進(jìn)制表示為3CB0H。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1設(shè)定為計(jì)數(shù)方式時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖是來(lái)源T1端口的外部事件。當(dāng)T1端口上出現(xiàn)由“1”(高電平)到“0”(低電平)的負(fù)跳變脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器則加1計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)是在每個(gè)機(jī)器周期的S P 狀態(tài)時(shí)采樣T1端口，當(dāng)前一個(gè)機(jī)器周期采樣為1且后一個(gè)機(jī)器周期采樣為0時(shí)，計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)需用兩個(gè)機(jī)器周期來(lái)識(shí)別1次計(jì)數(shù)

69、，因而最大計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的1/24。在采用12 MHz晶振的情況下，單片機(jī)最大計(jì)數(shù)速度為0.5 MHz即500 kHz。另外，此處對(duì)外部事件計(jì)數(shù)脈沖的占空比(即脈沖的持續(xù)寬度)無(wú)特殊</p><p>　　單片機(jī)當(dāng)C/T=1時(shí)為計(jì)數(shù)方式，多路開(kāi)關(guān)與定時(shí)器的外部引腳連通，外部計(jì)數(shù)脈沖由引腳輸入。當(dāng)外部信號(hào)由1至0跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，此時(shí)T0成為外部事件的計(jì)數(shù)器。由于確認(rèn)一次由1至0的跳變要用24個(gè)振蕩器周期，所以

70、計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率為單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器頻率的1/24。</p><p>　　當(dāng)C/T=0時(shí)為定時(shí)方式，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行m2分頻后，計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)頻率為單片機(jī)內(nèi)部頻率凡的1/m。</p><p>　　當(dāng)GATE=0時(shí)，反相器輸出為1，或門輸出為1，打開(kāi)與門，使定時(shí)器的啟動(dòng)僅受TRO端信號(hào)電平的控制。</p><p>　　在此種情況下，INT0引腳的電平變化對(duì)或門不

71、起作用。TRO=1時(shí)接通控制開(kāi)關(guān)，計(jì)數(shù)脈沖加到計(jì)數(shù)器上，每來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，只有當(dāng)TRO=0時(shí)，控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。</p><p>　　當(dāng)GATA=0時(shí)，若TRO=1，或門、與門全部打開(kāi)，外部信號(hào)電平通過(guò)INTO引腳直接控制定時(shí)器的啟動(dòng)和關(guān)閉。輸人高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，否則停止計(jì)數(shù)。</p><p>　　根據(jù)定時(shí)器的結(jié)構(gòu)原理，若我們將GATE位、TR0均設(shè)為‘1’，INT

72、0端輸人被測(cè)頻率信號(hào)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的高電平到來(lái)時(shí)，開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)被測(cè)信號(hào)的低電平到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，此時(shí)TL0、TH0的數(shù)據(jù)就是相應(yīng)的N值，如圖4.1為主程序流程圖。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.1.3 鍵盤處理子程序流程結(jié)構(gòu)</p><p>　　鍵盤處理子程序結(jié)構(gòu)鍵盤處理子程序是整個(gè)程序的核心部分，它是完成所有功能的主體

73、。本程序按工作模式可分為以下部分。</p><p>　　模式0：其功能使P2口控制P1口輸出高低電平。進(jìn)入模式的初始狀態(tài)為低電平，當(dāng)P2口其中的按鍵按下后，P1口對(duì)應(yīng)的端口電平取反，再等待按鍵釋放，并且把所對(duì)應(yīng)的信號(hào)的ASCⅡ碼送至顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)顯示子程序，最后判斷是否還工作在該模式，如果不在了，退出時(shí)要讓顯示的輸入信號(hào)緩沖區(qū)復(fù)位。</p><p>　　模式1：其功能使P2口控制P1口

74、輸出高低電平。進(jìn)入模式的初始狀態(tài)為低電平，當(dāng)P2口中的按鍵按下時(shí)，P1口對(duì)應(yīng)的端口置“1”，并把“1”的信號(hào)的ASCⅡ碼送至顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)顯示子程序，當(dāng)松開(kāi)按鍵時(shí)，立即對(duì)端口置“0”，并把“0”的ASCⅡ碼送至顯示緩沖區(qū)，再調(diào)顯示子程序，最后判斷是否還工作在該模式，如果不在了退出時(shí)要讓顯示的輸入信號(hào)緩沖區(qū)復(fù)位。</p><p>　　模式2：其功能使P2.0、P2.1控制P1.0、P1.1輸出脈沖信號(hào)。當(dāng)兩個(gè)中

75、的任意一個(gè)按下時(shí)，就會(huì)對(duì)開(kāi)始液晶顯示緩沖區(qū)初始化調(diào)液晶設(shè)置初始化程序設(shè)外部中斷INT0參數(shù)設(shè)置初始模式為模式0P1口默認(rèn)為00 H調(diào)鍵盤處理子程序圖4主程序流程相對(duì)應(yīng)的端口信號(hào)經(jīng)一段延時(shí)后取反，不停地重復(fù)這動(dòng)作直到該按鍵彈開(kāi)，并把“P1.X->Pulse”的ASCⅡ碼送至顯示緩沖區(qū)。最后判斷是否還工作在該模式，如果不在了，退出時(shí)要讓顯示的輸入信號(hào)緩沖區(qū)復(fù)位。</p><p>　　模式3：其功能使P2.0、P

76、2.1控制P1輸出十六進(jìn)制數(shù)。兩個(gè)按鍵分別控制兩個(gè)寄存器(初始狀態(tài)為0)里的數(shù)，按一下對(duì)應(yīng)的寄存器加1，當(dāng)加到F時(shí)就清0，同時(shí)也把兩個(gè)寄存器里的數(shù)轉(zhuǎn)換成壓縮的十六進(jìn)制數(shù)送至P1口，然后再把壓縮碼的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的ASCⅡ碼送至顯示緩沖區(qū)。最后判斷是否還工作在該模式，如果不在了，退出時(shí)要讓顯示的輸入信號(hào)緩沖區(qū)復(fù)位。</p><p>　　模式4：其功能是將CPLD送至單片機(jī)的數(shù)進(jìn)行處理再送液晶顯示。數(shù)的處理在本系

77、統(tǒng)中主要是對(duì)ADC0809采樣過(guò)來(lái)的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的電壓送顯示，并且要保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)。因?yàn)锳DC0809采樣的基準(zhǔn)電壓是5V，分辨率為1/255，所以輸出電壓可以按公式5X/255來(lái)處理(X為采樣過(guò)來(lái)的十六進(jìn)制數(shù))，但是在匯編中浮點(diǎn)數(shù)很難處理，為了實(shí)現(xiàn)保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)，這里采用了先把電壓值擴(kuò)大100倍，然后送顯示時(shí)在百位后點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)。這樣可以使數(shù)據(jù)處理變得極為簡(jiǎn)單。注意把電壓送顯示緩沖區(qū)時(shí)，應(yīng)把BCD碼轉(zhuǎn)換成ASC

78、Ⅱ碼再送出。另外單片機(jī)讀P1口的數(shù)時(shí)，應(yīng)有一定的時(shí)間間隔。</p><p>　　第五章 測(cè)量結(jié)果和誤差分析</p><p><b>　　5.1 測(cè)量結(jié)果</b></p><p>　　給電路加+5V電壓，輸入信號(hào)，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可得到頻率值。將所測(cè)頻率值與示波器測(cè)量結(jié)果比較，如5.1所示：</p><p>　　表5.1

79、 測(cè)量誤差對(duì)照</p><p>　　5.2 誤差來(lái)源分析</p><p>　　首先單片機(jī)計(jì)數(shù)速率的限制引起誤差，從表一測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量誤差越大，且所測(cè)信號(hào)頻率不能超過(guò)480kHZ。這是因?yàn)椴捎玫氖?2MHZ的晶振，單片機(jī)最大計(jì)數(shù)速度為500kHZ，所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)越接近500kHZ時(shí)，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際頻率的誤差就越大，而當(dāng)被測(cè)信號(hào)大于500khz時(shí)，頻率計(jì)將測(cè)不出信號(hào)頻

80、率。</p><p>　　其次原理上存在+/-1的誤差。由于該設(shè)計(jì)師在計(jì)數(shù)門限時(shí)間一秒內(nèi)的頻率信號(hào)脈沖數(shù)，所以定時(shí)開(kāi)始時(shí)的第一個(gè)脈沖和定時(shí)時(shí)間到時(shí)的最后一個(gè)脈沖信號(hào)是否被記錄，存在隨機(jī)性。這種誤差對(duì)測(cè)量頻率低的信號(hào)影響較大。</p><p>　　最后晶振的準(zhǔn)確度會(huì)影響一秒定時(shí)的準(zhǔn)確度，從而引起測(cè)量結(jié)果誤差。</p><p>　　5.3 誤差減小措施</p&g

81、t;<p>　　首先選用頻率較高和穩(wěn)定性好的晶振。如選24khz的晶振可以測(cè)量擴(kuò)大測(cè)量范圍，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。</p><p>　　其次測(cè)量頻率低的信號(hào)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整程序，延長(zhǎng)門限時(shí)間，獎(jiǎng)賞原理上的相對(duì)誤差。</p><p>　　最后測(cè)量頻率較高的信號(hào)時(shí)，可先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻，再進(jìn)行測(cè)量。</p><p><b>　　第六章 結(jié)

82、束語(yǔ)</b></p><p>　　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(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，會(huì)被經(jīng)常使用到?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)具有原理簡(jiǎn)單、易于調(diào)試和測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)，主要用來(lái)測(cè)量低頻信號(hào)的頻率。由于其測(cè)量范圍會(huì)受單片機(jī)計(jì)數(shù)速率的限制，其測(cè)量量程較小，所以可以從原理上進(jìn)行改進(jìn)以提高其

83、測(cè)頻范圍，比如通過(guò)增加分頻電路，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量。</p><p>　　通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)大學(xué)課程上所學(xué)到的理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，重新讓自己認(rèn)識(shí)到了這門學(xué)科應(yīng)用方面的廣闊前景，擴(kuò)展了知識(shí)面，此外，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)一個(gè)硬件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，熟悉了一些常用的開(kāi)發(fā)軟件，如：protel，protel DXP 2004，Multisim，Keil等。這對(duì)于以后我的工作有很大幫助。自

84、身的綜合素質(zhì)也有了全面的提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]http://baike.baidu.com/view/1007055.htm[OL]</p><p>　　[2]王選民,智能.儀器原理及設(shè)計(jì)[M].北京市：清華大學(xué)出版社, 2008. 256~256</p><p>

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87、t;/p><p>　　[8]樓然苗,李光飛．單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M] 北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2007.07.78~78</p><p>　　[9]林伸茂. 8051單片機(jī)徹底研究經(jīng)驗(yàn)篇[M]. 北京市：中國(guó)電力出版社, 2007.02 84~84</p><p>　　[10]蔡美琴，張為民，何金兒,等.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版

88、社2010.1 .12~12</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　數(shù)字頻率測(cè)量?jī)x程序代碼</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　RS BIT

89、P2.0 ;P3.4腳接RS端</p><p>　　RW BIT P2.1 ;P3.5腳接R_W端</p><p>　　E BIT P2.2 ;P3.3腳接E端</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN<

90、/b></p><p><b>　　ORG 002BH</b></p><p><b>　　LJMP IT1</b></p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV P0，#01H ;清除屏幕</p><p>

91、;　　ACALL ENABL</p><p>　　MOV P0，#01H ;清除屏幕</p><p>　　ACALL ENABLE</p><p>　　MOV P0，#01H ;清除屏幕</p><p>　　ACALL ENABLE</p><p>　　MOV P0，#38H

92、;8位點(diǎn)陣方式</p><p>　　ACALL ENABLE</p><p>　　MOV P0，#0cH ;開(kāi)顯示</p><p>　　ACALL ENABLE</p><p>　　MOV P0，#06H ;移動(dòng)光標(biāo)</p><p>　　ACALL ENABLE</p>&l

93、t;p>　　MOV P0，#80H ;顯示位置</p><p>　　ACALL ENABLE</p><p>　　MOV p0，#80h ;第一行的位置</p><p>　　call enable</p><p>　　MOV dptr，#date</p><p>　　call

94、 write3</p><p>　　MOV p0，#0c0h ;第二行的位置</p><p>　　call enable</p><p>　　MOV SP，#7FH</p><p><b>　　CLR CY</b></p><p>　　MOV r6，#00</p><

95、;p>　　MOV r2，#00</p><p>　　MOV R3，#00</p><p>　　MOV TMOD，#15H</p><p>　　MOV TL0，#00H</p><p>　　MOV TH0，#00H</p><p>　　MOV th1，#high(65536-50000)</p>&l

96、t;p>　　MOV tl1，#low(65536-50000) ;setb ET1</p><p>　　cha1: SETB TR1 ;LCALL XIANSHI</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　MOV 27h，#00h</p><p><b>

97、　　CLR C</b></p><p>　　MOV C，P1.6</p><p>　　MOV 27H.0，C</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　MOV C，P1.7</p><p>　　MOV 27H.1，C</p><

98、p>　　MOV a，27h</p><p>　　ANL A，#03H</p><p>　　MOV 17H，A</p><p>　　CHA: JBC TF1，JINWEI ;益處進(jìn)位</p><p><b>　　JMP CHA</b></p><p>　　JINWEI:CLR

99、TR1</p><p>　　MOV th1，#high(65536-50000)</p><p>　　MOV tl1，#low(65536-50000)</p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p><b>　　INC R3</b></p><p>　

100、　MOV A，R3 ;JNB P3.2，$</p><p>　　CJNE A，#20，CHA</p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p><b>　　CLR TR1</b></p><p>　　MOV R3，#00</p><p>　　MOV R2

101、，TH0</p><p>　　MOV R6，TL0</p><p>　　lcall zhuan</p><p>　　LCALL write1</p><p>　　MOV TL0，#00H</p><p>　　MOV TH0，#00H</p><p><b>　　jmp cha1<

102、;/b></p><p><b>　　ZHUAN:</b></p><p><b>　　MOV A，R2</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　MOV 20H，#00H</p><p>　　MOV 21H，#0

103、0H</p><p>　　MOV 22H，#00H</p><p>　　MOV 24H，#00H</p><p>　　MOV 25H，#00H</p><p>　　MOV R3，#10H</p><p>　　NEXT: RLC A</p><p><b>　　MOV R2，A</

104、b></p><p><b>　　MOV A，20H</b></p><p>　　ADDC A，20H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 20H，A</b></p><p><b>　　MO

105、V A，21H</b></p><p>　　ADDC A，21H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 21H，A</b></p><p><b>　　MOV A，22H</b></p><p>　

106、　ADDC A，22H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 22H，A</b></p><p><b>　　MOV A，R2</b></p><p>　　DJNZ R3，NEXT</p><p><b&

107、gt;　　MOV A，R6</b></p><p><b>　　clr c</b></p><p>　　MOV R3，#08H</p><p>　　NEXT1: RLC A</p><p><b>　　MOV R6，A</b></p><p><b>　

108、　MOV A，24H</b></p><p>　　ADDC A，24H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 24H，A</b></p><p><b>　　MOV A，25H</b></p><p&g

109、t;　　ADDC A，25H</p><p><b>　　DA A</b></p><p><b>　　MOV 25H，A</b></p><p><b>　　MOV a，r6</b></p><p>　　DJNZ R3，NEXT1</p><p>&l

110、t;b>　　clr c</b></p><p><b>　　MOV a，24h</b></p><p>　　addc a，20h</p><p><b>　　da a</b></p><p><b>　　MOV 20h，a</b></p><

111、;p><b>　　MOV a，25h</b></p><p>　　addc a，21h</p><p><b>　　da a</b></p><p><b>　　MOV 21h，a</b></p><p><b>　　MOV a，22h</b><

112、;/p><p>　　addc a，#00h</p><p><b>　　da a</b></p><p><b>　　MOV 22h，a</b></p><p><b>　　MOV a，22h</b></p><p>　　anl a，#0fh</p&g

113、t;<p><b>　　MOV 31h，a</b></p><p><b>　　MOV a，22h</b></p><p>　　anl a，#0f0h</p><p><b>　　swap a</b></p><p><b>　　MOV 30h，a<

114、;/b></p><p><b>　　MOV a，21h</b></p><p>　　anl a，#0f0h</p><p><b>　　swap a</b></p><p><b>　　MOV 32h，a</b></p><p><b>

115、;　　MOV a，21h</b></p><p>　　anl a，#0fh</p><p><b>　　MOV 33h，a</b></p><p><b>　　MOV a，20h</b></p><p>　　anl a，#0f0h</p><p><b>

116、;　　swap a</b></p><p><b>　　MOV 34h，a</b></p><p><b>　　MOV a，20h</b></p><p>　　anl a，#0fh</p><p><b>　　MOV 35h，a</b></p><