等精度頻率計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言3</b></p><p><b>　　第一章 概論4</b></p><p>　　1．1課題研究的目的和意義4</p><p>　　1.2 測(cè)量原理4</p><p>

2、　　1.3 等精度頻率計(jì)計(jì)數(shù)測(cè)量誤差5</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)思路及技術(shù)指標(biāo)6</p><p>　　第2章 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理8</p><p>　　2.1 STC89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.2單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.3 STC89C52

3、存儲(chǔ)器配置11</p><p>　　2.4 引腳功能說(shuō)明12</p><p>　　2.5中斷系統(tǒng)15</p><p>　　2.5.1中斷源16</p><p>　　2.5.2 中斷控制17</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)18<

4、;/p><p>　　3.2 電源電路18</p><p>　　3.3 單片機(jī)控制部分19</p><p>　　3.4 同步門(mén)控制電路19</p><p>　　3.5計(jì)數(shù)電路21</p><p>　　3.6 顯示電路23</p><p>　　3.6.1 1602的功能簡(jiǎn)介23</p&

5、gt;<p>　　3.6.2 1602與STC89C52的連接24</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 程序流程25</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)主程序流程圖25</p><p>　　4.1.2 初始化液晶27</p><p>　　4.1.3 初始化定時(shí)

6、器27</p><p>　　4.1.4定時(shí)器1溢出中斷流程27</p><p>　　4.1.5主循環(huán)28</p><p>　　4.1.6 顯示子程序29</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試31</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試31</p><p>　　5.2調(diào)試軟件的介紹

7、31</p><p>　　5.2.1 Keil uvision3軟件介紹31</p><p><b>　　5.3調(diào)試34</b></p><p>　　5.3.1 測(cè)頻精度分析34</p><p>　　5.3.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)35</p><p>　　附錄一 完整的C語(yǔ)言源程序40</

8、p><p>　　附錄二 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖47</p><p>　　附錄三 系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB圖48</p><p>　　附錄四 實(shí)物照片49</p><p>　　附錄五 元器件清單表50</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)

9、技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是單片微機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，形成一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)量?jī)x器。頻率計(jì)廣泛采用了高速集成電路和大規(guī)模集成電路，使儀器在小型化、耗電、可靠性等方面都發(fā)生了重大的變化。傳統(tǒng)的頻率計(jì)測(cè)量誤差較大，等精度頻率計(jì)以其測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、方便等優(yōu)勢(shì)將得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　傳統(tǒng)的測(cè)頻方法有直接測(cè)頻法和測(cè)周法，在一定的

10、閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)，門(mén)控信號(hào)和被測(cè)信號(hào)不同步，計(jì)數(shù)值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的誤差。等精度測(cè)頻法采用門(mén)控信號(hào)和被測(cè)信號(hào)同步，消除對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的一個(gè)脈沖的誤差。等精度頻率測(cè)量方法消除了量化誤差，可以在整個(gè)測(cè)試頻段內(nèi)保持高精度不變，其精度不會(huì)因被測(cè)信號(hào)頻率的高低而發(fā)生變化。采用單片機(jī)作為控制核心的等精度頻率計(jì)，可以充分利用單片機(jī)軟件編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)頻。通過(guò)單片機(jī)對(duì)同步門(mén)的控制，使被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)同步測(cè)量，為了提高精度，將電子計(jì)數(shù)功

11、能轉(zhuǎn)為測(cè)周期，采用多周期同步測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量。</p><p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的等精度頻率計(jì)是一種用液晶顯示被測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量?jī)x器.它的基本功能是測(cè)量方波信號(hào)。本文講述了等精度頻率計(jì)的工作原理以及其各個(gè)組成部分，記述了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思路、對(duì)各部分電路設(shè)計(jì)方案的選擇、以及對(duì)它們的調(diào)試、對(duì)調(diào)試結(jié)果的分

12、析，最終得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　1．1課題研究的目的和意義</p><p>　　測(cè)頻一直以來(lái)都是電子和通訊系統(tǒng)工作的重要手段之一。高精度的測(cè)頻儀有著廣泛的市場(chǎng)前景。以往的測(cè)頻儀都是在低頻段利用測(cè)周期的方法、高頻段用測(cè)頻率的方法，其精度往往會(huì)隨著被測(cè)頻率的下降而下降。</p><p>　　基于傳統(tǒng)測(cè)頻原理的頻率計(jì)的測(cè)量精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的下降而降低，在實(shí)

13、用中有較大的局限性，而等精度頻率計(jì)不但具有較高的測(cè)量精度，而且在整個(gè)測(cè)頻區(qū)域內(nèi)保持恒定的測(cè)試精度。所以等精度頻率計(jì)有研究的價(jià)值。</p><p><b>　　1.2 測(cè)量原理</b></p><p>　　圖1-1 等精度頻率計(jì)測(cè)量原理圖</p><p>　　基于傳統(tǒng)測(cè)頻原理的頻率計(jì)的測(cè)量精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的變化而變化。傳統(tǒng)的直接測(cè)頻法其測(cè)量

14、精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的降低而降低，測(cè)周法的測(cè)量精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的升高而降低，在實(shí)用中有較大的局限性，而等精度頻率計(jì)不但具有較高的測(cè)量精度，而且在整個(gè)頻率區(qū)域能保持恒定的測(cè)試精度。</p><p>　　等精度頻率的測(cè)量原理圖1-1 所示。頻率為fx 的被測(cè)信號(hào)經(jīng)通道濾波、放大、整形后輸入到同步門(mén)控制電路和主門(mén)1（閘門(mén)），晶體振蕩器的輸出信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（時(shí)基信號(hào)）輸入到主門(mén)2。被測(cè)信號(hào)在同步控制門(mén)的作用下，產(chǎn)生

15、一個(gè)與被測(cè)信號(hào)同步的閘門(mén)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（時(shí)基信號(hào)）在同步門(mén)控制信號(hào)的控制下。在同步門(mén)打開(kāi)時(shí)通過(guò)同步門(mén)分別輸入到事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的信號(hào)輸入端，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。同步門(mén)關(guān)閉時(shí)信號(hào)不能通過(guò)主門(mén)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，單片機(jī)發(fā)出命令讀入計(jì)數(shù)器的數(shù)值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的結(jié)果送顯示。</p><p>　　等精度頻率測(cè)量方法是采用多周期同步測(cè)量。如圖1的測(cè)量原理圖所示由單片機(jī)發(fā)出預(yù)置門(mén)控信號(hào)GATE，GATE的

16、時(shí)間寬度對(duì)測(cè)頻精度影響較少，可以在較大的范圍內(nèi)選擇，即在高頻段時(shí)，閘門(mén)時(shí)間較短；低頻時(shí)閘門(mén)時(shí)間較長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)了全范圍等精度測(cè)量，減少了低頻測(cè)量的誤差。</p><p>　　在同步門(mén)的控制下，一方面保證了被測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)的同步測(cè)量；另一方面在同步門(mén)打開(kāi)后計(jì)數(shù)器并不是馬上計(jì)數(shù)，而是在被測(cè)信號(hào)的下一個(gè)上升沿開(kāi)始計(jì)數(shù)，同步門(mén)關(guān)閉后計(jì)數(shù)器也不是馬上停止計(jì)數(shù)，而是在被測(cè)信號(hào)的下一個(gè)上升沿停止計(jì)數(shù)。即在實(shí)際閘門(mén)時(shí)間計(jì)數(shù)，從而提高

17、了測(cè)量精度。</p><p>　　由于采用D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的同步門(mén)的同步作用，事件計(jì)數(shù)器所記錄的Nx 值已不存在誤差的影響，但由于時(shí)鐘信號(hào)與閘門(mén)的開(kāi)和關(guān)無(wú)確定的相位關(guān)系，時(shí)間計(jì)數(shù)器所記錄的N0 的值仍存在±1 誤差的影響，只是由于時(shí)鐘頻率很高，誤差的影響很小。所以在全頻段的測(cè)量精度是均衡的,從而實(shí)現(xiàn)等精度頻率測(cè)量。</p><p>　　1.3 等精度頻率計(jì)計(jì)數(shù)測(cè)量誤差</p&

18、gt;<p>　　由上述測(cè)量原理可知，公式 fx=f0×Nx/N0 成立。設(shè)所測(cè)頻率的準(zhǔn)確值為f x0。在一次測(cè)量中，由于fx 計(jì)數(shù)的起停時(shí)間是由該信號(hào)的上升沿控制的，因此，在T 時(shí)間內(nèi)對(duì)fx 的計(jì)數(shù)NX無(wú)誤差。在此時(shí)間內(nèi)f0 的計(jì)數(shù)N0 最多相差一個(gè)脈沖，即△N0 ≤±l，則下式成立：</p><p>　　fx/Nx = f0/N0 （1）</p><p&g

19、t;　　fx0/NX = f0/(N0+△N0) （2）</p><p>　　由此可分別推得： fx= (f0/N0)×Nx （3）</p><p>　　fx0=[f0/(N0+△N0)]×Nx （4）</p><p>　　根據(jù)相對(duì)誤差公式有： △f x0/f x0=︱f x0-fx︱/f x0 （5）</p><p>　

20、　將式(3)和式(4)代人式(5)整理后可得：△f x0/f x0=︱△N0︱/N0 （6）</p><p>　　因?yàn)?︱△N0︱≤l （7）</p><p>　　所以 ︱△N0︱/N0≤1/N0 （8）</p><p>　　即相對(duì)誤差： ︱ δ f︱=△f x0/f x0≤1/N0 （9）</p><p>　　其中： N0 = T×

21、;f0 （10）</p><p>　　由此可知, 增大Tp 或提高fx，可以增大Nx，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度；相對(duì)測(cè)量誤差與被測(cè)信號(hào)頻率的大小無(wú)關(guān)，僅與取樣時(shí)間及時(shí)基信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）頻率有關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)頻帶內(nèi)的等精度測(cè)量；取樣時(shí)間越長(zhǎng)，時(shí)基信號(hào)頻率越高，分辨率越高。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)思路及技術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)

22、方案</b></p><p>　　以89C51型單片機(jī)為核心，結(jié)合其它的一些芯片一起設(shè)計(jì)一個(gè)等精度頻率計(jì)。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和方案的設(shè)想，總結(jié)一下本設(shè)計(jì)要做的具體的工作主要有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　第一 ，分析與論證本設(shè)計(jì)所采用的方案，包括主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等的分析以及這些模塊的功能等。在對(duì)設(shè)計(jì)要求充分分析的基礎(chǔ)上，劃分功

23、能模塊，選擇需要的硬件設(shè)備。</p><p>　　第二 ，收集大量等精度頻率計(jì)方面的資料— 包括文字資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律。可以有兩種方法實(shí)現(xiàn)軟件部分。</p><p>　　（一）定時(shí)1s測(cè)信號(hào)脈沖次數(shù)：用一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器做定時(shí)中斷，定時(shí)1s，另一定時(shí)計(jì)數(shù)器僅做計(jì)數(shù)器使用，初始化完畢后同時(shí)開(kāi)啟兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，直到產(chǎn)生1s中斷，產(chǎn)生1s中斷后立即關(guān)閉T0和T1（起保護(hù)程序和數(shù)據(jù)的作用）取出計(jì)

24、數(shù)器寄存器內(nèi)的值就是1s內(nèi)待測(cè)信號(hào)的下跳沿次數(shù)即待測(cè)信號(hào)的頻率。用相關(guān)函數(shù)顯示完畢后再開(kāi)啟T0和T1這樣即可進(jìn)入下一輪測(cè)量。</p><p>　?。ǘy(cè)信號(hào)正半周期。對(duì)于1：1占空比的方波，僅用一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器做計(jì)數(shù)器，外部中斷引腳作待測(cè)信號(hào)輸入口，置計(jì)數(shù)器為外部中斷引腳控制（外部中斷引腳為“1”切TRx=1計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)）。單片機(jī)初始化完畢后程序等待半個(gè)正半周期（以便準(zhǔn)確打開(kāi)TRx）打開(kāi)TRx，這時(shí)只要INTx

25、（外部中斷引腳）為高電平計(jì)數(shù)器即不斷計(jì)數(shù)，低電平則不計(jì)數(shù)，待信號(hào)從高電平后計(jì)數(shù)器終止計(jì)數(shù)，關(guān)閉TRx保護(hù)計(jì)數(shù)器寄存器的值，該值即為待測(cè)信號(hào)一個(gè)正半周期的單片機(jī)機(jī)器周期數(shù)，即可求出待測(cè)信號(hào)的周期：待測(cè)信號(hào)周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt為測(cè)得待測(cè)信號(hào)的一個(gè)正半周期機(jī)器周期數(shù)；fsoc為單片機(jī)的晶振。所以待測(cè)信號(hào)的頻率f=1/T。</p><p>　　第二種方法只適用于1：1占空比的方波信號(hào)，要測(cè)

26、非1：1占空比的方波信號(hào)誤差有點(diǎn)大，所以本設(shè)計(jì)優(yōu)先使用第一種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三 ，根據(jù)劃分的功能模塊，編寫(xiě)操作程序。這也是本設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)工作，確定編程時(shí)要盡量做到界面美觀，操作簡(jiǎn)便。</p><p>　　第四，進(jìn)行程序調(diào)試，繼續(xù)完善各功能模塊的程序。</p><p><b>　　二 技術(shù)指標(biāo)</b></p>

27、;<p>　　1.設(shè)計(jì)一個(gè)4位的頻率計(jì)，其頻率范圍在1～9999Hz；</p><p>　　2.送入信號(hào)應(yīng)該符合電路要求的脈沖或正統(tǒng)波；</p><p>　　3．完成硬件電路的原理設(shè)計(jì)； </p><p>　　4．制作印刷電路板，要求電路布局合理，焊點(diǎn)合格。</p><p>　　第2章 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理&l

28、t;/p><p>　　2.1 STC89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)介</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用了STC89C52單片機(jī)作為中心處理系統(tǒng)進(jìn)行研究。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于。在單芯片上

29、，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它與以前的程序存儲(chǔ)器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：</p><p>　　·用戶可自己寫(xiě)入，并根據(jù)需要靈活修改程序；</p><p>　　·用電擦除而不是用紫外線擦除，不需要特殊的擦除設(shè)備；</p><p>　　·寫(xiě)入與

30、擦除的速度非?？臁?lt;/p><p>　　所有的MCS-51系列單片機(jī)擁有一個(gè)相同的8位微處理器CPU，它由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU、布爾處理器、控制器和工作寄存器組成。</p><p>　　算術(shù)邏輯運(yùn)算部件主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算和布爾量處理，它們包括：</p><p>　　·加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算；</p><p&g

31、t;　　·增量（加1）、減量（減1）運(yùn)算；</p><p><b>　　·十進(jìn)制數(shù)調(diào)整；</b></p><p>　　·位置“1”、位置“0”和取反；</p><p>　　·與、或、異或等邏輯操作；</p><p><b>　　·數(shù)據(jù)傳送操作。</b>

32、;</p><p>　　控制器是控制整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)各種操作的部件，它包括時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器譯碼器、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址/數(shù)據(jù)傳送控制等。</p><p>　　從編程的角度看，MCS-51CPU對(duì)用戶開(kāi)放的寄存器主要有以下幾個(gè)：累加器ACC、寄存器B、程序計(jì)數(shù)器PC、數(shù)據(jù)指針DPTR（由DPH和DPL兩個(gè)8位寄存器組成），程序狀態(tài)寄存器PSW、堆棧指針SP。<

33、/p><p>　　2.2單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　一、STC89C52單片機(jī)內(nèi)部主要性能：</p><p>　　（1）與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容</p><p>　?。?）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器</p><p>　　（3）1000次擦寫(xiě)周期</p><p>　?。?）全靜

34、態(tài)操作：0Hz～33Hz</p><p>　?。?）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器</p><p>　　（6）32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　?。?）個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　（8）八個(gè)中斷源</b></p><p>　?。?）全雙工UART串行通道</p>

35、<p>　?。?0）低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　（11）電后中斷可喚醒</p><p>　?。?2）看門(mén)狗定時(shí)器</p><p><b>　　（13）雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　?。?4）掉電標(biāo)識(shí)符</b></p><p>　　二、S

36、TC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　STC89C52單片機(jī)采用模塊式的結(jié)構(gòu)，有多個(gè)存儲(chǔ)空間，每一個(gè)存儲(chǔ)空間都留有一定的余量，這種結(jié)構(gòu)為單片機(jī)的發(fā)展留有充分的余地，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1[3]。</p><p>　　圖2-1 STC89C52 結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　三、引腳圖和邏輯符號(hào)圖</p><p>　　STC89C5

37、2一般為DIP40雙列直插封裝形式的器件，其引腳圖和邏輯符號(hào)如圖2-2所示。</p><p>　　STC89C52的引腳P00～P07、P10～P17、P20～P27、P30～P37為四個(gè)8位并行輸入/輸出口，其中P3口、P0口和P2口為雙功能口，可以作為普通輸入/輸出口（第一功能），也可以作為特殊輸入/輸出口。RST為復(fù)位輸入線，ALE、、為系統(tǒng)擴(kuò)展控制線，XTAL1和XTAL2為時(shí)鐘電路輸入/輸出線，Vcc、

38、GND為電源輸入線，一般接+5V和地[4]。</p><p>　　圖2-2 STC89C52 引腳圖、邏輯符號(hào)圖</p><p>　　2.3 STC89C52存儲(chǔ)器配置</p><p>　　STC89C52單片機(jī)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間[5]：</p><p>　　·64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器空間（0～0FFFFH）；</p>&

39、lt;p>　　·256字節(jié)內(nèi)部RAM空間（0～0FFH）；</p><p>　　·128字節(jié)內(nèi)部特殊功能寄存器空間（80H～0FFH）；</p><p>　　·位尋址空間（0～0FFH）；</p><p>　　·64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM/IO）空間（0～0FFFFH）。</p><p>&

40、lt;b>　　程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　MCS-51的程序存儲(chǔ)器空間為64K字節(jié)，地址范圍為0000H～FFFFH，其地址指針為16位的程序計(jì)數(shù)器PC。0開(kāi)始的部分程序存儲(chǔ)器（4K，8K，16K，…）可以在單片機(jī)的內(nèi)部也可以在單片機(jī)的外部，這取決于單片機(jī)的類(lèi)型，并由輸入到引腳的電平控制。</p><p>　　STC89C52內(nèi)部有4KB的程序存儲(chǔ)器，用于存放

41、程序、原始數(shù)據(jù)或表格。若接Vcc(+5v),則程序計(jì)數(shù)器PC的值在0至0FFFH之間時(shí)，CPU取指令時(shí)訪問(wèn)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器；PC 值大于0FFFH時(shí)，則訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器。如果接Vss(地)，則內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器被忽略，CPU總是從外部的程序存儲(chǔ)器中取指令。單片機(jī)外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器一般為EPROM電路（紫外線可擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器）。MCS-51的引腳輸出外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，僅當(dāng)CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，才有效（輸出負(fù)脈

42、沖）。</p><p>　　MCS-51復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC為0，CPU從地址0開(kāi)始執(zhí)行程序，即復(fù)位入口地址為0。另外，MCS-51的中斷入口也是固定的，程序存儲(chǔ)器地址3、0BH、13H、1BH、23H……單元為中斷入口，MCS-51的中斷源數(shù)目是因型號(hào)而異的，中斷入口也有多有少，但總是從地址3開(kāi)始，每隔8個(gè)字節(jié)安排一個(gè)中斷入口。</p><p>　　表2-1 程序存儲(chǔ)器中的特殊單元&l

43、t;/p><p><b>　　二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　STC89C52芯片共有256個(gè)RAM單元，其中后128單元被專(zhuān)用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部RAM。地址范圍為00H～FFH（256B）。是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、

44、堆棧、位地址等空間。</p><p>　　2.4 引腳功能說(shuō)明</p><p>　　STC89C52單片機(jī)采用40個(gè)引腳雙列直插式封裝,其中有2個(gè)專(zhuān)用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)位的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p><p>　　下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹龈鱾€(gè)引腳的功能[6]。</p><p>　　一

45、、電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　1、Vcc（40腳）：芯片工作電源輸入端接+5V電源；</p><p>　　2、Vss（20腳）：芯片工作接地端。</p><p>　　二、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　1、XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)

46、成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。</p><p>　　2、XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。</p><p>　　圖2-3 內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路

47、</p><p><b>　　三、控制信號(hào)引腳</b></p><p>　　控制信號(hào)或與其它電源復(fù)位引腳有RST、ALE、和等4種形式。</p><p>　　1、RST（9腳）：RST即為RESET，為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到

48、初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　2、ALE（30腳）：為地址鎖存允許輸出信號(hào)/編程脈沖信號(hào)輸入端;此信號(hào)為外部的擴(kuò)展大陸低位字節(jié)地址提供一個(gè)允許鎖存信號(hào)對(duì)芯片內(nèi)的EPROM/EEPROM空間固化程序時(shí)提供一個(gè)編程脈沖信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，

49、ALE信號(hào)用來(lái)所存地址的低位字節(jié)。在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端總是以振蕩頻率的6分頻來(lái)周期性地輸出正脈沖信號(hào)，故可作為對(duì)外的時(shí)鐘輸出。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，要跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　在對(duì)內(nèi)部具有EPROM的8751單片機(jī)進(jìn)行編程時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。</p><p>　　3、 (29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。在CPU取指令或常數(shù)時(shí)，用于選通外

50、部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　4、（31腳）：為訪問(wèn)外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)/編程電壓輸入端，低電平有效。當(dāng)端保持高電平時(shí)，片內(nèi)存儲(chǔ)器有效，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MCS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)

51、程序存儲(chǔ)器，均只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　四、輸入/輸出（I/O）引腳</p><p>　　1、P0口（39腳～22腳）：P0口是開(kāi)漏雙向口可以寫(xiě)為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。P0也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。</p><p>　　2、P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7

52、統(tǒng)稱(chēng)為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS—52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收輸入的低8位地址。</p><p>　　3、P2口（21腳～28腳）：P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O,口向P2口寫(xiě)入1時(shí),P2口被內(nèi)部上拉為高電平,可用作輸入口當(dāng)作

53、為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見(jiàn)DC 電氣特性)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和16 位地址(MOVX @DPTR)，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。當(dāng)使用8位尋址方式(MOV@Ri)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容。</p><p>　　4、P3口（10腳～17腳）：P3口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P3口寫(xiě)入1時(shí)，P3口被內(nèi)部上拉為高電平

54、，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P3 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流(見(jiàn)DC 電氣特性)。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見(jiàn)表2-2：</p><p>　　表2-2 單片機(jī)P3口管腳含義</p><p>　　綜上所述，STC89C52系列單片機(jī)納為以下兩點(diǎn)：&

55、lt;/p><p>　　1) 單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p><p>　　2) 單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由P0、P2口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p><b>　　2.5中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)都具有實(shí)時(shí)處理功能，能對(duì)外界異步發(fā)生的事件作

56、出及時(shí)的處理，這是依靠它們的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂中斷是指中央處理器CPU在處理某件事情的時(shí)候，外部發(fā)生了某一事件（如定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出），請(qǐng)求CPU迅速去處理，CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件，處理完以后，再回到原來(lái)中斷的地方，繼續(xù)原來(lái)的工作。這樣的過(guò)程就稱(chēng)為中斷。實(shí)現(xiàn)這種功能的部件成為中斷系統(tǒng)。產(chǎn)生中斷的請(qǐng)求源就成為中斷源。最典型的單片機(jī)有五個(gè)中斷源，分別是外部中斷0、定時(shí)器T0、外部中斷1、定時(shí)器T1、和串行口中斷。在這次的

57、編程中就用到了這些中斷。這五個(gè)中斷的入口地址各不相同，列表如表2-3[7]：</p><p>　　表2-3 中斷的入口地址</p><p>　　典型的單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)程序嵌套，每個(gè)中斷源可以編程為高級(jí)中斷，或低優(yōu)先級(jí)中斷，允許或禁止向CPU請(qǐng)求中斷。與中斷系統(tǒng)有關(guān)的特殊功能寄存器有中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP、中斷源寄存器（TCON，SCON中的有關(guān)位）。<

58、/p><p><b>　　2.5.1中斷源</b></p><p>　　89C52單片機(jī)的八個(gè)中斷源其中的五個(gè)是：2個(gè)INT0、INT1（P3.2，P3.3）上輸入的外部中斷源；3個(gè)內(nèi)部中斷源，它們是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的溢出中斷源和串行口的發(fā)送接受中斷。這些中斷源分別鎖在TCON、SCON的相應(yīng)位中[8]。</p><p><b>

59、　　一、外部中斷源</b></p><p>　　INT0、INT1上輸入的兩個(gè)外部中斷源和它們的觸發(fā)方式控制位所存在特殊寄存器TCON的低四位，TCON的高四位為T(mén)1、T0的運(yùn)行控制位和溢出標(biāo)志位：</p><p>　　表2-4 外部中斷源</p><p>　　IE1 外部中斷1請(qǐng)求源（INT1，P3.3）標(biāo)志。IE1=1，外部中斷1正向CPU請(qǐng)求中

60、斷，當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷時(shí)由硬件“0”IE1（邊沿觸發(fā)方式）。</p><p>　　IT1 外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IT1=0，外部中斷1位電平觸IT1=1，外</p><p>　　部中斷1位邊沿觸發(fā)方式。</p><p>　　IE0 外部中斷0請(qǐng)求源（INT0，P3.2）標(biāo)志。IE0=1外部中斷0向CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件清“0”IE0（

61、邊沿觸發(fā)方式）。</p><p>　　IT0 外部中斷0觸發(fā)方式控制位。IT0=0，外部中斷0為電平觸發(fā)方式，IT0=1，外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式。其功能和IT1相同。 </p><p><b>　　二、內(nèi)部中斷源</b></p><p>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的溢出中斷TF0（TCON.5）

62、：T0被允許計(jì)數(shù)以后，從初值開(kāi)始加1計(jì)數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)置“1”IF0，向CPU請(qǐng)求中斷，一直保護(hù)到CPU響應(yīng)該中斷時(shí)才由硬件清零（也可以由查詢(xún)程序清零）。</p><p>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出中斷TF1（TCON.7）：其功能與TF0相同。</p><p>　　串行口中斷：串行口的接收中斷RI（SCON.0）和發(fā)送中斷TI（SCON.1）邏輯或以后作為內(nèi)部的一個(gè)中斷源。</p

63、><p>　　2.5.2 中斷控制</p><p>　　單片機(jī)對(duì)中斷源的開(kāi)放或屏蔽，每個(gè)中斷源是否允許中斷，89C51是由內(nèi)部的中斷允許寄存器IE控制的（IE為特殊功能寄存器，它的字節(jié)地址為A8H），其格式如表2-5[9]：</p><p>　　表2-5中斷控制格式</p><p>　　EA CPU的中斷開(kāi)放標(biāo)志.EA=1,CPU 開(kāi)放中斷;E

64、A=0,CPU屏蔽所有的中斷申請(qǐng)。</p><p>　　ES 串行口中斷允許位。ES=1，允許串行口中斷；ES=0，禁止串行口中斷。</p><p>　　ET1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出中斷允許位。 ET1=1，允許T1中斷；ET1=0，禁止T1中斷。</p><p>　　EX1 外部中斷1中斷允許位。EX1=1允許外部中斷1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。

65、</p><p>　　ET0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷允許位。 ET0=1，允許T0中斷；ET0=0，禁止T0中斷。</p><p>　　EX0 外部中斷1中斷允許位。EX0=1，允許外部中斷0中斷；EX1=0，禁止外部中斷0中斷。</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件

66、電路設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電路主要分為電源電路、單片機(jī)控制部分、同步門(mén)控制電路、計(jì)數(shù)和液晶顯示電路。電路采用Protell 99 se 是電路設(shè)計(jì)中功能比較強(qiáng)大軟件，本設(shè)計(jì)用其原理圖和PCB圖。</p><p><b>　　3.2 電源電路</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)的電源需求，共需要用到+5V，+15V，-15V三種電壓，其

67、中+15V，-15V直接由外部電源直接產(chǎn)生提供，而+5V電源自行設(shè)計(jì)，主要提供給AT89C52單片機(jī)使用，直接設(shè)計(jì)在電路當(dāng)中，原理見(jiàn)圖3-1:</p><p>　　圖 3-1 +5V電源電路</p><p>　　在圖3-1中，首先電源電壓220V經(jīng)過(guò)變壓器變壓產(chǎn)生一個(gè)18V左右的交流電壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路和2200uF濾波電容C4的濾波產(chǎn)生一個(gè)20V左右的直流電壓，再經(jīng)7805三端穩(wěn)壓塊

68、產(chǎn)生一個(gè)+5V的電壓，再次經(jīng)過(guò)1000uF濾波電容C5再次濾波，+5V電壓就很穩(wěn)定。</p><p>　　此外，在圖3-1中使用的LM7805是正電壓穩(wěn)壓集成電路，為固定輸出+5V輸出穩(wěn)壓集成電路(采取特殊方法也可使輸出高于5 V)，最大輸出電流為1 A。具有體積小、集成度高、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率高，在線性電源時(shí)代占領(lǐng)了很大市場(chǎng)。</p><p>　　3.3 單片機(jī)控制部分</p&

69、gt;<p>　　STC89C52單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片,有四個(gè)I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。</p><p>　　單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖2-11所示,18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的

70、另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開(kāi)關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)控制部分</p><p>　　3.4 同步門(mén)控制電路</p><p>　　同步門(mén)控制電路主要由D 觸發(fā)器74LS74（同步門(mén)控制）、六反相器74LS04 和二輸入或非門(mén)74LS

71、02 組成（主門(mén)1、主門(mén)2）。主門(mén)1 控制被測(cè)信號(hào)fx 的通過(guò)，主門(mén)2 控制時(shí)鐘信號(hào)f0 的通過(guò)，兩門(mén)的啟閉都由同步門(mén)控制電路控制。</p><p>　　被測(cè)信號(hào)在同步控制門(mén)的作用下，產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)信號(hào)同步的閘門(mén)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（時(shí)基信號(hào)）在同步門(mén)控制信號(hào)的控制下。在同步門(mén)打開(kāi)時(shí)通過(guò)同步門(mén)分別輸入到事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器的信號(hào)輸入端，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。同步門(mén)關(guān)閉時(shí)信號(hào)不能通過(guò)主門(mén)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，單片機(jī)發(fā)出

72、命令讀入計(jì)數(shù)器的數(shù)值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的結(jié)果送顯示。</p><p>　　在同步門(mén)的控制下，一方面保證了被測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)的同步測(cè)量；另一方面在同步門(mén)打開(kāi)后計(jì)數(shù)器并不是馬上計(jì)數(shù)，而是在被測(cè)信號(hào)的下一個(gè)上升沿開(kāi)始計(jì)數(shù)，同步門(mén)關(guān)閉后計(jì)數(shù)器也不是馬上停止計(jì)數(shù)，而是在被測(cè)信號(hào)的下一個(gè)上升沿停止計(jì)數(shù)。即在實(shí)際閘門(mén)時(shí)間計(jì)數(shù)，從而提高了測(cè)量精度。具體電路圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖

73、3-3（a） 同步門(mén)74ls74電路圖</p><p>　　圖3-3（b）同步門(mén)74ls02、74ls04電路圖</p><p>　　74LS74 簡(jiǎn)要說(shuō)明</p><p>　　74LS74 為帶預(yù)置和清除端的兩組 D 型觸發(fā)器</p><p><b>　　引出端符號(hào)</b></p><p>　　

74、1CP、2CP 時(shí)鐘輸入端</p><p>　　1D、2D 數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　、、1Q、2Q 輸出端</p><p>　　CLR1、CLR2 直接復(fù)位端（低電頻有效）</p><p>　　PR1、PR2 直

75、接置位端（低電平有效）</p><p>　　圖3-4（a） 外接管腳圖 圖3-4（b） 邏輯圖</p><p><b>　　3.5計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　單片機(jī)選用STC89C52，其中P1.0 用于控制同步門(mén)D 觸發(fā)器74LS74 產(chǎn)生同步的閘門(mén)信號(hào)，P1.2 用于對(duì)74LS393 組成的計(jì)

76、數(shù)器清零，一次計(jì)數(shù)完成后單片機(jī)通過(guò)控制兩片74LS244 讀取被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的低8 位計(jì)數(shù)值，高位計(jì)數(shù)值在單片機(jī)的T0、T1 中。然后單片機(jī)對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算處理，并送出顯示。</p><p>　　計(jì)數(shù)器包括事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器兩部分，它們是兩組完全相同的計(jì)數(shù)電路。分別由前后兩級(jí)組成。前級(jí)由雙4 位異步計(jì)數(shù)器74LS393 級(jí)聯(lián)構(gòu)成八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；后級(jí)由STC89C52 單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器構(gòu)成十六位二進(jìn)

77、制計(jì)數(shù)器。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)部分采用10MHz 石英晶體振蕩器來(lái)提供測(cè)量所需要的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。</p><p>　　由于采用D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的同步門(mén)的同步作用，事件計(jì)數(shù)器所記錄的Nx 值已不存在誤差的影響，但由于時(shí)鐘信號(hào)與閘門(mén)的開(kāi)和關(guān)無(wú)確定的相位關(guān)系，時(shí)間計(jì)數(shù)器所記錄的N0 的值仍存在±1 誤差的影響，只是由于時(shí)鐘頻率很高，誤差的影響很小。所以在全頻段的測(cè)量精度是均衡的,從而實(shí)現(xiàn)等精度頻率測(cè)量。具體電路圖如圖3-5

78、所示:</p><p>　　圖3-5 計(jì)數(shù)電路</p><p>　　74LS393 簡(jiǎn)要說(shuō)明：</p><p>　　74LS393為兩個(gè)4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，異步清零端（1clear,2clear）為高電平。不管時(shí)鐘端1A,2A狀態(tài)如何，即可以完成清除功能。當(dāng)1clear,2clear為低電平時(shí)，1A,2A脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。</p><

79、p><b>　　引出端符號(hào)：</b></p><p>　　1A、2A 時(shí)鐘輸入端（下降沿有效）</p><p>　　1clear,2clear 異步清零端</p><p>　　1Qa～1Qd、2Qa～2Qb 輸出端</p><p>　　圖3-6（

80、a）74LS393外接管腿圖 圖3-6（b）74LS393邏輯圖</p><p><b>　　3.6 顯示電路</b></p><p>　　顯示器是最常用的輸出設(shè)備，其種類(lèi)繁多，但在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常用的是發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）兩種。由于這兩種顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣

81、泛的應(yīng)用，本次方案采用了1602液晶顯示器。</p><p>　　3.6.1 1602的功能簡(jiǎn)介</p><p>　　1.40通道點(diǎn)陣LCD 驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　2.可選擇當(dāng)作行驅(qū)動(dòng)或列驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　3.輸入/輸出信號(hào):輸出,能產(chǎn)生20×2個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號(hào),偏壓(V1－

82、V6)；</p><p>　　4.通過(guò)單片機(jī)控制將所測(cè)的頻率信號(hào)讀數(shù)顯示出來(lái)；</p><p>　　具體引腳功能見(jiàn)表3-1</p><p>　　3-1 1602引腳和指令功能</p><p>　　3.6.2 1602與STC89C52的連接</p><p><b>　　圖3-7　顯示電路</b>&

83、lt;/p><p>　　圖3-7中為單片機(jī)與1602的連接圖。其中，D0-D7為1602數(shù)據(jù)口，分別接單片機(jī)的P0.0-P0.7口；單片機(jī)的P2.0口接1602的復(fù)位腳RS；單片機(jī)的P2.1口接1602的讀/寫(xiě)控制腳RW；單片機(jī)的P2.2口接1602的使能端E；通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整VEE電壓改變液晶對(duì)比度，對(duì)比度調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”。通過(guò)這種連接方式，就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)1602控制顯示測(cè)得頻率數(shù)值。<

84、/p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹了電路的軟件設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由主程序，中斷服務(wù)程序模塊、循環(huán)和顯示子程序模塊組成，本文將對(duì)這幾個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)做介紹。</p><p><b>　　4.1 程序流程</b></p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)主程序流程圖

85、</p><p>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是和硬件電路相結(jié)合，正確地實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用了自頂向下的模塊化的結(jié)構(gòu)方式，將各個(gè)功能分成獨(dú)立模塊，由系統(tǒng)的程序統(tǒng)一管理執(zhí)行。它主要完成各種功能，如測(cè)量、 數(shù)據(jù)運(yùn)算、顯示等。如圖4-1所示為頻率測(cè)量主程序流程圖，在計(jì)數(shù)前對(duì)計(jì)數(shù)器清零。然后，發(fā)出命令打開(kāi)閘門(mén)進(jìn)入閘門(mén)時(shí)間，計(jì)數(shù)器在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)。延時(shí)子程序結(jié)束后，發(fā)出命令關(guān)閉閘門(mén)使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)；單片機(jī)再依照

86、程序讀取計(jì)數(shù)器的值，并與單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器所計(jì)的值合并在一起。由公式可知，即被測(cè)頻率fx=f0×Nx/N0 來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，由于精度要求，Nx 和N0 都由24 位二進(jìn)制數(shù)來(lái)計(jì)數(shù)。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.1.2 初始化液晶</p><p>　　圖4-2 液晶初始化流程圖</p><p>　　4

87、.1.3 初始化定時(shí)器</p><p>　　圖4-3初始化定時(shí)器</p><p>　　4.1.4定時(shí)器1溢出中斷流程</p><p>　　本設(shè)計(jì)中通過(guò)定時(shí)器1來(lái)定時(shí)1s，用于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。通過(guò)設(shè)定初始值來(lái)使定時(shí)器T1一次溢出中斷為50ms。在此通過(guò)一個(gè)全局變量flag，來(lái)判斷是否達(dá)到1s，每到50msflag加1，當(dāng)flag==20時(shí)，所定時(shí)時(shí)間為20*

88、50ms=1s。</p><p>　　圖4-2 中斷子程序流程圖</p><p><b>　　4.1.5主循環(huán)</b></p><p>　　主循環(huán)中，先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)，判斷flag是否滿20，如果滿20則代表計(jì)數(shù)滿1s，此時(shí)計(jì)算計(jì)數(shù)器T0中數(shù)值，然后再加上P1口的數(shù)據(jù)，則為此次計(jì)數(shù)值。下次計(jì)數(shù)為對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)原理相同。最后將兩

89、次信號(hào)比較，得到待測(cè)信號(hào)的頻率值。</p><p>　　圖4-3 主循環(huán)流程圖</p><p>　　4.1.6 顯示子程序</p><p>　　顯示子程序?qū)⒋娣旁陲@示緩沖區(qū)的頻率或周期值送往液晶上顯示出來(lái)。由于1602液晶可以顯示32各個(gè)字符，所以只顯示頻率的話有點(diǎn)浪費(fèi)。在本設(shè)計(jì)中，將液晶的第一行分別顯示了TH0、TL0、P1的值，用于調(diào)試。第二行全部用于顯示頻率

90、，可以最低顯示到個(gè)位，精度較高。</p><p>　　在編程應(yīng)用1602液晶驅(qū)動(dòng)時(shí)，只需要根據(jù)圖4-4的流程圖調(diào)用相關(guān)函數(shù)既可完成顯示模塊的所有功能，對(duì)于本課題所用的1602驅(qū)動(dòng)函數(shù)，其中的液晶初始化函數(shù)已經(jīng)包括了初始化和清屏兩大功能，此外，在指定位置顯示一串字符的函數(shù)也已經(jīng)包括了設(shè)置顯示位置和顯示字符串的兩大功能，因?yàn)樵诒菊n題的實(shí)際編程中對(duì)于液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。</p><p

91、>　　圖4-4 1602液晶顯示基本流程</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件電路主要包括模擬電路部分，單片機(jī)外圍電路及顯示電路，在聯(lián)調(diào)之前必須要驗(yàn)證這幾個(gè)部分能正常工作。</p><p>　　把仿真機(jī)的仿真頭插到電路板單片機(jī)的插槽

92、中，接通仿真機(jī)和電路板的電源，然后打開(kāi)界面輸入顯示子程序進(jìn)行編譯、加載調(diào)試。如果能在液晶上顯示正確的數(shù)字，則單片機(jī)與顯示部分能夠正常工作。經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試與修改，單片機(jī)部分驗(yàn)證完畢。</p><p>　　模擬電路部分分低頻和高頻兩部分，分別進(jìn)行調(diào)試。低頻部分通過(guò)輸入一個(gè)0到10MHz的信號(hào)，幅度為30mV，通過(guò)示波器觀察其輸出，可以看出其輸出幅度為3.7V，實(shí)現(xiàn)了放大功能。高頻部分通過(guò)輸入一個(gè)大于1MHz的高頻信號(hào)

93、，幅度在50mV左右，可以發(fā)現(xiàn)其輸出變?yōu)榉葹?V左右的方波，實(shí)現(xiàn)了放大功能。</p><p>　　5.2調(diào)試軟件的介紹</p><p>　　5.2.1 Keil uvision3軟件介紹</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　Keil uvision3 是美國(guó)Keil Software 公司

94、出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。</p><p>　　Keil uvision3 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼

95、很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。</p><p><b>　　二、工作界面</b></p><p>　　首先使用keil新建一個(gè)工程，設(shè)置好各個(gè)選項(xiàng)。然后新建一個(gè)c文件，并編寫(xiě)所有源代碼然后編譯，查錯(cuò)，直到編譯完全通過(guò)為止，下圖就是編譯通過(guò)后的界面。</p><p>　　圖5-1 有關(guān)編譯、連接、項(xiàng)目設(shè)置的工具條<

96、;/p><p>　　圖 5-2正確編譯、連接之后的結(jié)果</p><p>　　在設(shè)置好工程后，即可進(jìn)行編譯、連接。選擇菜單Project->Build target,對(duì)當(dāng)前工程進(jìn)行連接，如如果當(dāng)前文件已修改，軟件會(huì)先對(duì)該文件進(jìn)行編譯，然后再連接以產(chǎn)生目標(biāo)代碼：如果選擇Rebuild All target files將會(huì)對(duì)當(dāng)前工程中的所有文件重新進(jìn)行編譯然后再連接，確保最終產(chǎn)生的目標(biāo)代碼是最

97、新的，而Translate…項(xiàng)則僅對(duì)該文件進(jìn)行編譯，不進(jìn)行連接。</p><p>　　以上操作也可以通過(guò)工具欄按鈕直接進(jìn)行。圖5-1是有關(guān)編譯、設(shè)置的工具欄按鈕，從左到右分別是：編譯、連接、全部重建、停止編譯和對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　編譯過(guò)程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口的Build 頁(yè)中，如果源程序中有語(yǔ)法錯(cuò)誤，會(huì)有錯(cuò)誤報(bào)告出現(xiàn)，雙擊該行，可以定位到出錯(cuò)的位置，對(duì)源程序反復(fù)修改之

98、后，最終會(huì)得到如圖5-2所示的結(jié)果，提示獲得了名為exam 1.hex的文件，該文件即可被編程器讀入并寫(xiě)到芯片中，同時(shí)還產(chǎn)生了一些其它相關(guān)的文件，可被用于Keil 的仿真與調(diào)試，這時(shí)可以進(jìn)入下一步調(diào)試的工作。</p><p>　　三、 調(diào)試主要方法和技巧</p><p><b>　　1．常用調(diào)試命令</b></p><p>　　在對(duì)工程成功進(jìn)行

99、匯編、連接以后，按Ctrl+5或者使用菜單Debug->Start/Stop Debug Session即可進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，K eil 內(nèi)建立一個(gè)仿真CPU來(lái)模擬執(zhí)行程序，該仿真CPU功能強(qiáng)大，可以在沒(méi)有硬件和仿真機(jī)的情況下進(jìn)行程序的調(diào)試。</p><p>　　進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后，界面與編輯狀態(tài)相比有明顯的變化，Debug菜單項(xiàng)中原來(lái)不能用的命令現(xiàn)在可以使用了，工具欄會(huì)多出一個(gè)用于運(yùn)行和調(diào)試的工具條，Debug

100、菜單上的大部分命令可以在此找到對(duì)應(yīng)的快捷按鈕，從左到右依次是復(fù)位、運(yùn)行、暫停、單步、過(guò)程單步、執(zhí)行完當(dāng)前子程序、運(yùn)行到當(dāng)前行、下一狀態(tài)、打開(kāi)跟蹤、觀察跟蹤、反匯編窗口、觀察窗口、代碼作用范圍分析、性能分析、工具按鈕等命令。</p><p>　　學(xué)習(xí)程序調(diào)試，必須明確兩個(gè)重要的概念，即單步執(zhí)行與全速運(yùn)行。全速執(zhí)行是指一行程序執(zhí)行完以后緊接著執(zhí)行下一行程序，中間不停止，這樣程序執(zhí)行的速度很快，并可以看到該段程序執(zhí)行的

101、總體效果，即最終結(jié)果正確還是錯(cuò)誤，但如果程序有錯(cuò)，則難以確認(rèn)錯(cuò)誤出現(xiàn)在哪些程序行。單步執(zhí)行是每次執(zhí)行一行程序，執(zhí)行完改行程序以后即停止，等待命令執(zhí)行下一行程序，此時(shí)可以觀察該行程序執(zhí)行完以后得到的結(jié)果，是否與我們寫(xiě)該行程序所想得到的結(jié)果相同，借此可以找到程序中的問(wèn)題所在。程序調(diào)試中，這兩種運(yùn)行方式都要用到。</p><p><b>　　2. 在線匯編</b></p><p

102、>　　在進(jìn)入Keil的調(diào)試環(huán)境以后，如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可以直接對(duì)源程序進(jìn)行修改，但是要使修改后的代碼起作用，必須先退出調(diào)試環(huán)境，重新進(jìn)行編譯、連接后再次進(jìn)入調(diào)試，如果只是需要對(duì)某些 進(jìn)行測(cè)試，或僅需要對(duì)源程序進(jìn)行臨時(shí)的修改，這樣的過(guò)程未免有些麻煩，為此Keil軟件提供了在線匯編的能力，將光標(biāo)定位于需要修改的程序行上，用菜單Debug->Inline Assambly….即可出現(xiàn)如圖5-3的對(duì)話框，在Enter New后面的編

103、輯框內(nèi)直接輸入需要更改的程序語(yǔ)句，輸入完后鍵入回車(chē)將自動(dòng)指向下一條語(yǔ)句，可以繼續(xù)修改，如果不再需要修改，可以點(diǎn)擊右上角的關(guān)閉按鈕關(guān)閉窗口。</p><p>　　圖5-3在線匯編窗口</p><p><b>　　3. 斷點(diǎn)設(shè)置</b></p><p>　　程序調(diào)試時(shí)，一些程序行必須滿足一定的條件才能被執(zhí)行到，這些條件往往是異步發(fā)生或難以預(yù)先設(shè)定的

104、，這類(lèi)問(wèn)題使用單步執(zhí)行的方法是很難調(diào)試的，這時(shí)就要使用到程序調(diào)試中的另一種非常重要的方法－斷點(diǎn)設(shè)置。斷點(diǎn)設(shè)置的方法有多種，常用的是在某一程序行設(shè)置斷點(diǎn)，設(shè)置好斷點(diǎn)后可以全速運(yùn)行程序，一旦執(zhí)行到該程序行停止，可在此觀察有關(guān)變量值，以確定問(wèn)題所在。在程序行設(shè)置/移除斷點(diǎn)的方法是將光標(biāo)定位于需要設(shè)置斷點(diǎn)的程序行,使用菜單Debug->Insert/Remove BreakPoint設(shè)置或移除斷點(diǎn)：Debug->Enable/Dis

105、able BreakPoint 是開(kāi)啟或暫停光標(biāo)所在行的斷點(diǎn)功能：Debug->Disable All Breakpoint 暫停所有斷點(diǎn)：Debug->Kill All BreakPoint 清除所有的斷點(diǎn)設(shè)置。這些功能也可以用工具條上的快捷按鈕進(jìn)行設(shè)置。</p><p><b>　　5.3調(diào)試</b></p><p>　　5.3.1 測(cè)頻精度分析<

106、;/p><p>　　由第一章所述的測(cè)量原理可知，本系統(tǒng)的測(cè)頻公式為：Fx = ( Fs×Nx ) / Ns</p><p><b>　　其誤差分析如下：</b></p><p>　　設(shè)所測(cè)頻率值為Fx，其真實(shí)值為Fxe，標(biāo)準(zhǔn)頻率為Fs。在一次測(cè)量中，由于Fx計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號(hào)的上跳沿觸發(fā)的，在Tpr時(shí)間內(nèi)Fx的計(jì)數(shù)Nx無(wú)誤差；此時(shí)

107、內(nèi)的計(jì)數(shù)Ns最多相差一個(gè)脈沖，即|⊿Ns|≤1則：</p><p>　　Fx/Nx=Fs/Ns</p><p>　　Fxe/Nx=Fs/(Ns+⊿Ns)</p><p><b>　　由此推得：</b></p><p>　　Fx=(Fs/Ns)×Nx</p><p>　　Fxe=[Fs/(

108、Ns+⊿Ns)] ×Nx</p><p>　　根據(jù)相對(duì)誤差公式有：</p><p>　　⊿Fxe/Fxe=|Fxe-Fx|/Fxe</p><p><b>　　可以得：</b></p><p>　　⊿Fxe/Fxe=|⊿Ns|/Ns</p><p>　　∵|⊿Ns|≤1 ∴|⊿Ns|/N

109、s≤1/Ns</p><p>　　即相對(duì)誤差⊿Fxe/Fxe≤1/Ns</p><p>　　又Ns=Tpr×Fs</p><p><b>　　由此可知：</b></p><p>　?。?）相對(duì)測(cè)量誤差與頻率無(wú)關(guān)；</p><p>　?。?）增大Tpr或提高Fs，可以增大Ns，減少測(cè)量誤差

110、，提高測(cè)量精度；</p><p>　?。?）本測(cè)頻系統(tǒng)的測(cè)量精度與預(yù)置門(mén)寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。</p><p>　　在預(yù)置門(mén)時(shí)間和常規(guī)測(cè)頻閘門(mén)時(shí)間相同而被測(cè)信號(hào)頻率不同的情況下，本測(cè)頻系統(tǒng)所采用的測(cè)量方法的測(cè)量精度不變。為了恒定測(cè)量精度，可采用高頻率穩(wěn)定度和高精度晶體振蕩器作標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器。</p><p>　　5.3.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)</p

111、><p>　　整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此我們采用自底向上的調(diào)試方法，也就是先進(jìn)行各個(gè)單元電路的軟件仿真和硬件調(diào)試，在各個(gè)單元電路調(diào)試好后再進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，最后進(jìn)行硬件的編程固化及系統(tǒng)的組裝。程序在KEIL3上調(diào)試通過(guò)。并使用目前較為流行的C語(yǔ)言編寫(xiě)。既方便復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，判斷語(yǔ)句的使用又靈活，不用考慮推棧情況，所以相對(duì)與匯編漏洞出現(xiàn)較少。</p><p>　　經(jīng)軟件的調(diào)試—修改—再調(diào)試，如此反復(fù)，排

112、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1HZ-9999HZ的量程范圍，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。測(cè)試由信號(hào)源發(fā)出的頻率時(shí)，測(cè)量值如表5-1所示。測(cè)量條件：方波，幅度為Vpp=10V。</p><p>　　表5-1：SP1641B型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)測(cè)量結(jié)果</p>

113、<p>　　從測(cè)試結(jié)果看，測(cè)量TTL電平的方波時(shí)，精度還是很高的。通過(guò)表格中的數(shù)據(jù)，可以看出用單片機(jī)STC89C52制作的等精度頻率計(jì)測(cè)量值與實(shí)際值是相吻合的，平均相對(duì)誤差約在0.01%左右。只要存在的誤差是在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)（0%～1%），我們就認(rèn)為設(shè)計(jì)的頻率計(jì)在測(cè)量頻率上是準(zhǔn)確的。我們?cè)O(shè)計(jì)制作的頻率計(jì)能夠達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但也存在一定的誤差，可能的原因是低頻段采用的分頻比較小。</p><p>&l

114、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 凌玉華等．單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．中南大學(xué)出版社，2006.</p><p>　　[2] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.</p><p>　　[3] 徐志軍,徐光輝.CPLD/FPGA的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 [M].電子工業(yè)出版社, 2002.</p>