畢業(yè)設(shè)計(jì)---數(shù)字頻率計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在當(dāng)今社會(huì)，隨著電子計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等的使用，頻率計(jì)也越來越頻繁的被使用，頻率計(jì)的發(fā)展也變得尤為重要。頻率計(jì)是一種基本的測(cè)量儀器，是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。因此，它被廣泛應(yīng)用與航天、電子、測(cè)控等領(lǐng)域。它的基本測(cè)量原理是，首先讓被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一起通過一個(gè)閘

2、門，然后用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)，把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)的結(jié)果，用鎖存器鎖存起來，最后用顯示譯碼器，把鎖存的結(jié)果用LED數(shù)碼顯示管顯示出來。在實(shí)際上的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，連線也比較復(fù)雜，而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí)，造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）的廣泛應(yīng)用，以EDA工具作為開發(fā)手段，運(yùn)用VHDL語言，將使整個(gè)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化， 提高整體的性能和可靠性。數(shù)字頻率計(jì)是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果

3、都有十分緊密的聯(lián)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。頻率計(jì)測(cè)頻有兩種方式：一是直接測(cè)頻法；二是間接測(cè)頻法。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是一款基于8位單片機(jī)AT89C51的測(cè)頻系統(tǒng)該裝置由輸入部分與顯示部分組成，輸入部分可以收到發(fā)射機(jī)送來的信號(hào)，并通過單片機(jī)再傳到顯像管。此系統(tǒng)具有測(cè)量頻率和帶寬等功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：頻設(shè)計(jì)的率計(jì)，直接側(cè)頻法，間接測(cè)頻法，單片機(jī)AT89C

4、51</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 研究意義2</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容2</p><p>

5、　　第2章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件總述3</p><p>　　2.2 AT89C51引腳說明及介紹4</p><p>　　2.2.1 AT89C51引腳說明4</p><p>　　2.2.2 AT89C51芯片擦除5</p><p>　　2.3 數(shù)字頻率計(jì)顯示電路8

6、</p><p>　　2.3.1 LED靜態(tài)顯示方式8</p><p>　　2.3.2 LED動(dòng)態(tài)顯示方式8</p><p>　　2.4 數(shù)字顯示電路9</p><p>　　2.5 單片機(jī)電路9</p><p>　　2.6 復(fù)位電路9</p><p>　　2.7 穩(wěn)壓電源10<

7、/p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 AT89C51的軟件系統(tǒng)介紹10</p><p>　　3.2 系統(tǒng)軟件總述10</p><p>　　第4章 硬件電路的調(diào)試與測(cè)試11</p><p>　　4.1電路調(diào)試11</p><p><b>　　結(jié)束語

8、12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，

9、數(shù)字技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，成為發(fā)展最快的學(xué)科之一。數(shù)字技術(shù)的普及，將標(biāo)志著信息化社會(huì)的到來。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)指的是在實(shí)踐上合數(shù)值上都是離散的信號(hào);數(shù)字電路時(shí)用來處理數(shù)字信號(hào)的電路數(shù)字電路中采用二進(jìn)制數(shù)，只具有0和1兩種對(duì)立的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)電路中元件的要求比較寬松，能夠區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可。允許電路參數(shù)有較大的誤差；同時(shí)電路抗干擾能力較強(qiáng)。</p><p>　　數(shù)字電路的

10、發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個(gè)時(shí)代。但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從60年代開始，數(shù)字集成器件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件。隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件；70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。</p><p>　　數(shù)字集成器件所用的材料以硅材料為主，在高速電路中，也使用化合物半導(dǎo)體材料，例如砷化鎵等。</p><p>　　邏輯門是數(shù)

11、字電路中一種重要的邏輯單元電路 。TTL邏輯門電路問世較早，其工藝經(jīng)過不斷改進(jìn)，至今仍為主要的基本邏輯器件之一。隨著CMOS工藝的發(fā)展,TTL的主導(dǎo)地位受到了動(dòng)搖，有被CMOS器件所取代的趨勢(shì)。</p><p>　　近年來,可編程邏輯器件PLD特別是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的飛速進(jìn)步，使數(shù)字電子技術(shù)開創(chuàng)了新局面，不僅規(guī)模大，而且將硬件與軟件相結(jié)合，使器件的功能更加完善，使用更靈活。</p><

12、p>　　在電子系統(tǒng)非常廣泛應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費(fèi)用的微波爐和電視、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計(jì)過程中無一不用到數(shù)字技術(shù)。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。</p><p>　　由于數(shù)字集成電路與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密相關(guān)，因而發(fā)展很快，目前已是集成電路中產(chǎn)量最高、集成度最大

13、的一種器件。集成電路的類型很多，從大的方面可分為模擬和數(shù)字集成電路兩大類。雖然它們都可模擬具體的物理過程，但其工作方式有著很大的不同。甚至可能完全不同。電路中的工作信號(hào)通常是用電脈沖表示的數(shù)字信號(hào)。</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　?。?）掌握數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)，并且能熟練應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。</p><p>

14、　?。?）掌握數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻的原理及設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　1.3 研究內(nèi)容</b></p><p><b>　　（1）頻率測(cè)量</b></p><p>　　測(cè)量范圍 信號(hào)：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；頻率：1Hz～1MHz</p><p><b>　　測(cè)量誤差≤0

15、.1%</b></p><p><b>　?。?）周期測(cè)量</b></p><p>　　測(cè)量范圍 信號(hào)：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；頻率：1Hz～1MHz</p><p><b>　　測(cè)量誤差≤0.1%</b></p><p><b>　?。?）脈沖寬度測(cè)量</b

16、></p><p>　　測(cè)量范圍 信號(hào)：脈沖波；幅度：0.5V～5V；脈沖寬度≥100μs</p><p><b>　　測(cè)量誤差≤1%</b></p><p><b>　?。?）顯示器</b></p><p>　　十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間1～10秒連續(xù)可調(diào)，對(duì)上述三種測(cè)量功能分別用不同顏色

17、的發(fā)光二極管指示。</p><p>　?。?）具有自校功能，時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為1MHz。</p><p>　?。?）擴(kuò)展頻率測(cè)量范圍為0.1Hz～10MHz（信號(hào)幅度0.5V～5V），測(cè)量誤差降低為0.01%（最大閘門時(shí)間≤10s）。</p><p>　　（7）測(cè)量并顯示周期脈沖信號(hào)（幅度0.5V～5V、頻率1Hz～1kHz）的占空比，占空比變化范圍為10%～90%，測(cè)

18、量誤差≤1% 。</p><p>　　第2章 數(shù)字頻率計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件總述</p><p>　　圖2-1 PCB原理圖</p><p>　　4聯(lián)數(shù)碼管：LED數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數(shù)碼管可均勻排布形成大面積

19、顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播放不同格式的視頻文件。通過電腦下flash、動(dòng)畫、文字等文件，或使用動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化動(dòng)畫，播放各種動(dòng)感變色的圖文效果；主要用于樓體墻面，廣告招牌、高檔的DISCO、酒吧、夜總會(huì)、會(huì)所的門頭廣告牌等。</p><p>　　AT89C51：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Re

20、ad Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT8

21、9C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。與MCS-51 兼容，4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)，保留時(shí)間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，128×8位內(nèi)部RAM 32，可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p>　　AT89S ISP：ATMEL公

22、司推出的AT89S系列單片機(jī)支持的ISP功能。AT89S系列單片機(jī)中的AT89S52單片機(jī)具有較強(qiáng)的功能和較高的性能價(jià)格比，因此本文選用AT89S系列單片機(jī)中的典型芯片AT89S52。</p><p>　　AT89S52單片機(jī)居于在線編程功能，即在RST引腳處在高電平的情況下，利用P1.5/MOSI（串行數(shù)據(jù)輸入端）。P1.6/MISO（串行數(shù)據(jù)輸出端），P1.7/SCK（同步時(shí)鐘型號(hào)輸入端）三個(gè)引腳的數(shù)據(jù)設(shè)置或

23、傳送實(shí)現(xiàn)程序下載的功能。AT89S52單片機(jī)40引腳雙列直插式封裝（簡(jiǎn)稱DIP40）引腳。ISP是系統(tǒng)在線可編程，指電路板上的空白期間可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下期間，對(duì)于已經(jīng)編程的期間也可以用ISP方式擦除或再編程。ISP的實(shí)現(xiàn)標(biāo)膠簡(jiǎn)單，通常的做法是芯片內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器可以由上位機(jī)的軟件通過同步串行通信接口SPI來進(jìn)行改寫，對(duì)于單片機(jī)來說可以通過SPI或其他的串行接口接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并寫入程序存儲(chǔ)器中。<

24、/p><p>　　2.2 AT89C51引腳說明及介紹</p><p>　　2.2.1 AT89C51引腳說明</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/

25、O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P

26、1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存

27、儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸

28、出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，口管腳 備選功能，P3.0 RXD（串行輸入口），P3.1 TXD（串行輸出口），P3.2 /INT0（外部中斷0），P3.3 /INT1（外部中斷1），P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入），P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入），P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通），P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通），P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

29、</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)

30、用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。<

31、;/p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p>

32、<p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　2.2.2 AT89C51芯片擦除</p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89

33、C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器SBUF？而不

34、是收發(fā)各用一個(gè)寄存器。”實(shí)際上SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址－99H。CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯懓l(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方

35、法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè)99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱。通常在標(biāo)準(zhǔn)的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用#include 引用就可以了。SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H</p>

36、<p>　　SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置如下：</p><p>　　SM0 SM1 模式 功能 波特率</p><p>　　0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12</p><p>　　0 1 1 8位UART 可變</p><p>　　1 0 2 9位UART

37、 fosc/32 或fosc/64</p><p>　　1 1 3 9位UART 可變</p><p>　　在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。</p><p>　　SM2

38、 在模式2、模式3 中為多處理機(jī)通信使能位。在模式0 中要求該位為0。</p><p>　　REM 為允許接收位，REM 置1 時(shí)串口允許接收，置0 時(shí)禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束

39、處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入REM=0 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。</p><p>　　RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址

40、/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當(dāng)SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。</p><p>　　TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開）

41、，這時(shí)TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。</p><p>　　RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請(qǐng)中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì)RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個(gè)位的，1 位起始位為0,

42、8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1 或定時(shí)器2 的定時(shí)值（溢出速率）。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0 和定時(shí)器1，而定時(shí)器2是89C52 系列芯片才有的。</p><p>　　波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)

43、。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)9600 會(huì)被誤認(rèn)為每秒種可以傳送9600個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要8 個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個(gè)二進(jìn)位，9600 波特率用模式1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600÷10＝960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個(gè)12M 的晶振來計(jì)算

44、，那么它的波特率可以達(dá)到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON 寄存器中的SMOD位，如SMOD 為0，波特率為focs/64,SMOD 為1，波特率為focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器1 或2（52 芯片）的溢出速率。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式(2-2-2-1)去計(jì)算：</p><

45、p>　　波特率＝（2SMOD÷32）×定時(shí)器1 溢出速率 （公式2-2-2-1）</p><p>　　上式中如設(shè)置了PCON 寄存器中的SMOD 位為1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。通常會(huì)使用定時(shí)器1 工作在定時(shí)器工作模式2 下，這時(shí)定時(shí)值中的TL1 做為計(jì)數(shù)，TH1 做為自動(dòng)重裝值 ，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后，TH1 的值會(huì)自動(dòng)裝載到TL1，再次開始計(jì)數(shù)，這樣

46、可以不用軟件去干預(yù)，使得定時(shí)更準(zhǔn)確。在這個(gè)定時(shí)模式2 下定時(shí)器1 溢出速率的計(jì)算公式(2-2-2-2)如下：</p><p>　　溢出速率＝（計(jì)數(shù)速率）/(256－TH1) （公式2-2-2-2）</p><p>　　上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩

47、周期，所以可以得知51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè)12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的計(jì)數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M 晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率，那么為何呢？計(jì)算一下就知道了。如我們要得到9600 的波特率，晶振為11.0592M 和12M，定時(shí)器1 為模式2，SMOD 設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入（公式2-2-2-2）：</p><p><b

48、>　　11.0592M</b></p><p>　　9600＝(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))</p><p><b>　　TH1＝250</b></p><p><b>　　12M</b></p><p>　　9600＝(2&#

49、247;32)×((12M/12)/(256-TH1))</p><p>　　TH1≈249.49</p><p>　　上面的計(jì)算可以看出使用12M 晶體的時(shí)候計(jì)算出來的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會(huì)有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600 波特率。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率

50、產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。</p><p>　　2.3 數(shù)字頻率計(jì)顯示電路</p><p>　　2.3.1 LED靜態(tài)顯示方式</p><p>　　靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是顯示程序簡(jiǎn)單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好，占用CPU的時(shí)間少，但占用的I/O口線較多，且在實(shí)際應(yīng)用中，通常附加驅(qū)動(dòng)器或鎖存器增加顯示的穩(wěn)定性和亮度。所以靜態(tài)顯示常用在顯

51、示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。</p><p>　　2.3.2 LED動(dòng)態(tài)顯示方式</p><p>　　當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，都采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)，各LED數(shù)碼管輪流地一遍一遍顯示各自的字符，單片機(jī)與六位共陰極LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示接口電路。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、缺點(diǎn)是需要不斷刷新、掃描，占用CPU的時(shí)間較多。動(dòng)態(tài)顯示電路中，LED的數(shù)目不宜太多。</p><

52、p>　　2.4 數(shù)字顯示電路</p><p>　　顯示共用8只共陰極LED數(shù)碼管顯示器，由AT89S51P2口接8個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)LED顯示。P1口接如數(shù)碼管控制顯示。由于我們我們的電路板很小加上題目要求簡(jiǎn)易二字，這正符合了LED動(dòng)態(tài)顯示線路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，所以我們使用了動(dòng)態(tài)顯示。</p><p><b>　　2.5 單片機(jī)電路</b></p><p

53、>　　單片機(jī)選用AT89S51，其內(nèi)部含2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，4K程序存儲(chǔ)器，其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)與單片機(jī)8031相同。為便于計(jì)算，選用12MHz晶振，這時(shí)內(nèi)部定時(shí)器一個(gè)計(jì)數(shù)值為1us。信號(hào)在低頻段(≤500kHz)直接輸入，在高頻段(>500kHz)時(shí)經(jīng)128分頻后輸入到單片機(jī)，另外還要根據(jù)1MHz時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行校正。控制信號(hào)為P1.2和P1.3。8只LED發(fā)光二極管由P2.0～P2.7控制，分別指示測(cè)頻率、測(cè)周期、測(cè)脈

54、沖寬度和測(cè)占空比四個(gè)狀態(tài)。按鍵由P3.7讀入，分別控制測(cè)頻率、測(cè)周期、測(cè)脈沖寬度、占空比和校正5項(xiàng)功能。因?yàn)椴捎昧俗詣?dòng)布線使得管腳與外部的連接沒那么困難且比較漂亮。</p><p><b>　　2.6 復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路由一個(gè)C1 10uf的電容，一個(gè)C2 104，一個(gè)10K電阻組成。在引腳RST和電源間接一個(gè)琴鍵按鈕，手動(dòng)控制。如圖2-6

55、復(fù)位電路所示。</p><p><b>　　圖2-6 復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就

56、可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。</p><p><b>　　2.7 穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　78XX系列集成穩(wěn)壓器是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。穩(wěn)壓二極管VD1串接在78XX穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓Uo得到一定的提高，輸出電壓Uo為78XX穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二

57、極管VC1穩(wěn)壓值之和。VD2是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于VD1穩(wěn)壓值時(shí)，VD2導(dǎo)通，將輸出電流旁路，保護(hù)7800穩(wěn)壓器輸出級(jí)不被損壞。</p><p>　　由于R1、RP電阻網(wǎng)絡(luò)的作用，使得輸出電壓被提高，提高的幅度取決于RP與R1的比值。調(diào)節(jié)電位器RP，即可一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)RP=0時(shí)，輸出電壓Uo等于78XX穩(wěn)壓器輸出電壓；當(dāng)RP逐步增大時(shí)，Uo也隨之逐步提高。</p><p

58、>　　220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p&

59、gt;<p>　　3.1 AT89C51的軟件系統(tǒng)介紹</p><p>　　51單片機(jī)程序設(shè)計(jì)有時(shí)可能是一個(gè)很復(fù)雜的工作，為了能把復(fù)雜的工作調(diào)理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。其步驟和方法有三點(diǎn)：1分析題意，確定算法。對(duì)復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及合適的數(shù)據(jù)。2根據(jù)算法畫出程序框圖。3編寫程序。程序設(shè)計(jì)的一種理想方法是機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。所謂機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)用到的控制結(jié)構(gòu)類程序作適當(dāng)

60、的限制，特別是限制轉(zhuǎn)向語句的使用，根據(jù)機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，功能復(fù)雜的程序機(jī)構(gòu)可采用三種基本控制結(jié)構(gòu)，既順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)來組成。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)軟件總述</p><p>　　51單片機(jī)是利用C語言這樣的高級(jí)語言來編寫的，用C語言來編寫，對(duì)51的CPU的基本機(jī)構(gòu)無須過多了解，對(duì)處理器的指令集則不必了解，寄存器的分配以及各種變量和數(shù)據(jù)的尋址都由編譯器去完成，程序擁

61、有了正式的機(jī)構(gòu)，并且能被分成多個(gè)單獨(dú)的子函數(shù)。這使證個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)變得清晰，同時(shí)讓源代碼變得可重復(fù)使用。選擇特定的操作符來操作變量的能力提高了源代碼的可讀性?？梢赃\(yùn)用與人的思維很接近的詞匯和算法表達(dá)式。在很大程度上縮短了編寫程序和調(diào)試程序的時(shí)間。ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言是一種非常方便并獲得廣泛應(yīng)用，在絕大部分系統(tǒng)中都能夠很容易得到的語言。如果需要現(xiàn)有的程序還可以很快地移植到其他處理器上，大大地節(jié)省了投資。</p><p

62、>　　第4章 硬件電路的調(diào)試與測(cè)試</p><p><b>　　4.1電路調(diào)試 </b></p><p>　　電路連接：將穩(wěn)壓電源部分制成印制板，固定焊接好原件，然后在面包板上將IC插座及各種器件按電路圖連線。</p><p>　　電源測(cè)試： 將于變壓器連接上電源，用萬用表檢測(cè)穩(wěn)壓電源的輸出電壓。輸出電壓的電壓。輸出電壓的正常值。如果輸出

63、電壓不對(duì)，應(yīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路，消除故障，穩(wěn)壓電源輸出正常后，接著用示波器檢測(cè)產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)間的全波整流電路的輸出波形。</p><p>　　基準(zhǔn)時(shí)間檢測(cè)：關(guān)閉電源后，插上全部IC 。依次用示波器檢測(cè)有U1(74H4024)與U3A組成的基準(zhǔn)時(shí)間計(jì)數(shù)器和由U2A組成的T觸發(fā)器的輸出波形。</p><p>　　輸出檢測(cè)信號(hào)：從被測(cè)信號(hào)數(shù)輸入端輸入幅值在1V 左右、頻率為1KHz左右的正弦信號(hào)，如果

64、電路正常，則數(shù)碼管可以顯示被測(cè)信號(hào)的的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號(hào)頻率，則作進(jìn)一步檢測(cè)。</p><p>　　輸入放大與整形電路檢測(cè)：用示波器觀測(cè)整形電路U12A(74H4024)的輸出波形，正常情況下，可以觀測(cè)到與輸入頻率一致、信號(hào)幅值為5V左右的矩形波，如果觀測(cè)不到輸出波形，或觀測(cè)不到波形形狀和幅值不對(duì)，則監(jiān)測(cè)這一部分電路，消除故障。如果部分電路正常，或消除頻率計(jì)人不能正常工作，則檢查控

65、制門。</p><p>　　檢查控制門：檢查控制門U3C(74H4024)的輸出波形，正常時(shí)，每間隔1s時(shí)間，可以觀測(cè)到被測(cè)信號(hào)的矩形波。如觀測(cè)不到波形，則應(yīng)觀測(cè)控制們的兩個(gè)輸入端的信號(hào)是否正常，并通過進(jìn)一步的檢測(cè)找到故障電路，消除故障，如該電路正常或消除故障后頻率計(jì)人不能正常工作則檢測(cè)計(jì)數(shù)器電路。</p><p>　　計(jì)數(shù)器的檢測(cè)：依次檢測(cè)4個(gè)計(jì)數(shù)器74HC4518的輸出波形，正常時(shí)，相

66、鄰計(jì)數(shù)器時(shí)鐘端的形波頻率依次相差10倍，如果頻率關(guān)系不一致或波形不一致，則應(yīng)對(duì)計(jì)數(shù)器和反饋們的各引腳電平及波形進(jìn)行檢測(cè)，通過分析找出原因消除故障，如該部分電路正常，或消除故障后頻率計(jì)任不能正常工作則檢測(cè)鎖存器電路。</p><p>　　鎖存器電路的檢測(cè)：依次檢測(cè)74HC374鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況時(shí)，各電平值應(yīng)與電路中給出的狀態(tài)一致，其中，第11腳的電平每隔一秒跳變一次，如不正常則檢查電路，消除故障。

67、如該部分電路正常，或消除故障后頻率計(jì)任不能正常工作，則監(jiān)測(cè)顯示譯碼電路。</p><p>　　顯示譯碼電路與數(shù)碼管電路的檢測(cè)：檢測(cè)顯示數(shù)碼器74HC4511各控制端與電源端引腳的電平，同時(shí)檢測(cè)數(shù)碼管各段對(duì)應(yīng)引腳的電平及公共端的電平通過檢測(cè)分析找出故障。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們動(dòng)手、

68、思考和解決問的能力。簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)基本完成，各VCC接電源正極，各開關(guān)控制電路的各個(gè)部分。整個(gè)電路綜合使用了與門、非門、顯示器、等的邏輯器件和施密特、可重觸發(fā)器等模擬電子器件。</p><p>　　讓我們對(duì)數(shù)字電路和電子器件有了更深的了解理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這次的設(shè)計(jì)對(duì)

69、我們的作用是非常大的。</p><p>　　腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中遇到困難我就及時(shí)和我的指導(dǎo)老師聯(lián)系，在老師的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，設(shè)計(jì)也慢慢成型。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程是一次再學(xué)習(xí)，再

70、提高的</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉南平.數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)方案.現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與制作技術(shù),2004.230-232.</p><p>　　[2]全國大學(xué)生電子競(jìng)賽組委會(huì).直流穩(wěn)壓電源全國大學(xué)生電子競(jìng)賽,2004.24-35.</p><p>　　[3]杜玉遠(yuǎn).基于top-down

71、方法的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2004.54-40.</p><p>　　[4]潘明.基于復(fù)雜可編程邏輯器件的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子世界,2001.65-108.</p><p>　　[5]徐志軍等.CPLD/FPGA的開發(fā)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.40-136.</p><p>　　[6]謝克明.電子電路EDA.兵器工業(yè)出版

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73、4.</p><p>　　[10]王團(tuán)部,李向全,馬剛．?dāng)?shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路ICM7218及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006.106-107．</p><p>　　[11]熊軍鋒,陳霞.制作高精度數(shù)字頻率計(jì)[J].無線電,2004-12.36-37．</p><p>　　[12]張仕斌．單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.234-325.</

74、p><p>　　[13]彭華，譚洪濤，康小平．一種改進(jìn)的實(shí)用型頻率計(jì)設(shè)計(jì)方法[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2005,28(22)：22-23．</p><p>　　[14]Victor P.Nelson，H.Troy Nagle，Bill D.Carroll，J. David Irwin. precision multi-functional design of digital frequency m