1、簡易數(shù)字頻率計硬件設(shè)計（轉(zhuǎn)載）摘要在當(dāng)今社會，隨著電子計算機(jī)計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等的使用，頻率計也越來越頻繁的被使用，頻率計的發(fā)展也變得尤為重要。頻率計是一種基本的測量儀器，是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。因此，它被廣泛應(yīng)用與航天、電子、測控等領(lǐng)域。它的基本測量原理是，首先讓被測信號與標(biāo)準(zhǔn)信號一起通過一個閘門，然后用計數(shù)器計數(shù)信號脈沖的個數(shù)，把標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)的計數(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。在實際上的硬件設(shè)計用到的器件較多，連線也比較復(fù)雜，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性

2、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，運用 VHDL 語言，將使整個系統(tǒng)大大簡化， 提高整體的性能和可靠性。數(shù)字頻率計是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分緊密的聯(lián)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。頻率計測頻有兩種方式：一是直接測頻法；二是間接測頻法。本次設(shè)計的內(nèi)容是一款基于 8 位單片機(jī) AT89C51 的測頻系統(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，并通過單片機(jī)再傳到顯像管。此系統(tǒng)具有測量頻率和帶寬等功能。關(guān)鍵詞：頻設(shè)計的率計，直接側(cè)頻法，間接測頻法，單片機(jī) AT89C51Simple digi

3、tal frequency meters hardware designAbstractIn the society, along with the electronic accounting machine computer, the communication equipment, the audio frequency video frequency and so on use, the frequency meter also more and more frequent is used now, frequency meters development also becomes es

4、pecially important. The frequency meter is one kind of basic metering equipment, is with the digit demonstrated that was measured the signaling frequency the instrument, was measured the signal may be the sine wave, the square-wave or other periodic variation signal. Therefore, it is widely applied

5、and domains and so on astronautics, electron, observation. Its preliminary survey principle is, first lets measure that the signal and the standard signal through a strobe, then with the counter counting signal pulses integer, standard times in countings result, save together with the latch lock, fi

6、nally uses to demonstrate the decoder, saves the result the lock to demonstrate with the LED numerical code display tube. The component which uses in the hardware design in fact are many, the segment is also quite complex, will have the quite big time delay, will cause the measuring error, the relia

7、bility to be bad. Along with complex programmable logical component (CPLD) the widespread application, takes the development method by the EDA tool, utilizes the VHDL language, will cause the overall system big simplification, enhances the whole the performance and the reliability. The digital frequ

8、ency meter is one of most basic parameters, and with many electricity parameters survey plan, the measurement result has close contacting, therefore the frequency survey appears more important. The frequency meter frequency measurement has two ways: First, direct frequency measurement law; Second, i

9、ndirect frequency measurement law.This designs content is one section is composed based on 8 monolithic integrated circuit AT89C51 frequency measurement system this equipment by the input section and the demonstration part, the input section may receive the signal which the transmitter sends, and pa

10、sses to the teletron again through the monolithic integrated circuit. This system has functions and so on survey frequency and band width.Key word: Frequency design rate idea， Direct side frequency law， Indirect frequency measurement law，Monolithic integrated circuit AT89C51目 錄第 1 章 緒論 .11.1 研究背景 .1

11、1.2 研究意義 .21.3 研究內(nèi)容 .2第 2 章 數(shù)字頻率計的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 .32.1 系統(tǒng)硬件總述 .32.2 AT89C51 引腳說明及介紹.42.2.1 AT89C51 引腳說明.42.2.2 AT89C51 芯片擦除 .52.3 數(shù)字頻率計顯示電路 .82.3.1 LED 靜態(tài)顯示方式.82.3.2 LED 動態(tài)顯示方式.92.4 數(shù)字顯示電路 .92.5 單片機(jī)電路 .92.6 復(fù)位電路 .92.7 穩(wěn)壓電源 .10第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .113.1 AT89C51 的軟件系統(tǒng)介紹.113.2 系統(tǒng)軟件總述 .11第 4 章 硬件電路的調(diào)試與測試 .124.1 電路調(diào)試 .

12、12結(jié)論 .13參考文獻(xiàn) .14謝辭 .15附錄 .16第 1 章 緒論1.1 研究背景電子技術(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，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)志著信息化社會的到來。數(shù)字信號指的是在實踐上合數(shù)值上都是離散的信號;數(shù)字電路時用來處理數(shù)字信號的電路數(shù)字電路中采用二進(jìn)制數(shù)，只具有 0 和 1 兩種對立的狀態(tài)。結(jié)構(gòu)簡單，對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；同時電路抗干擾能力較強(qiáng)。數(shù)字電路的發(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時代。但

13、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。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。邏輯門是數(shù)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)地位受到了動搖，有被 CMOS 器件所取代的趨勢。近年來,可編程邏輯器件 PLD 特別是現(xiàn)場可編程門陣列 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)

14、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 。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)計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。由于數(shù)字集成電路與電子計算機(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

15、路中的工作信號通常是用電脈沖表示的數(shù)字信號。1.2 研究意義（1）掌握數(shù)字電路基礎(chǔ)知識，并且能熟練應(yīng)用于工程設(shè)計。（2）掌握數(shù)字頻率計測頻的原理及設(shè)計方法。1.3 研究內(nèi)容（1）頻率測量1) 測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5V5V；頻率：1Hz1MHz2) 測量誤差0.1%（2）周期測量1) 測量范圍 信號：方波、正弦波；幅度：0.5V5V；頻率：1Hz1MHz2) 測量誤差0.1%（3）脈沖寬度測量1) 測量范圍 信號：脈沖波；幅度：0.5V5V；脈沖寬度100s2) 測量誤差1%（4）顯示器十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時間 110 秒連續(xù)可調(diào)，對上述三種測量功能分別用不同顏色的發(fā)光二

16、極管指示。（5）具有自校功能，時標(biāo)信號頻率為 1MHz。（6）擴(kuò)展頻率測量范圍為 0.1Hz10MHz（信號幅度 0.5V5V） ，測量誤差降低為0.01%（最大閘門時間10s） 。（7）測量并顯示周期脈沖信號（幅度 0.5V5V、頻率 1Hz1kHz）的占空比，占空比變化范圍為 10%90%，測量誤差1% 。第 2 章 數(shù)字頻率計的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件總述圖 2-1 PCB 原理圖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顯示區(qū)域，可顯示圖案及文字，并可播

17、放不同格式的視頻文件。通過電腦下 flash、動畫、文字等文件，或使用動畫設(shè)計軟件設(shè)計個性化動畫，播放各種動感變色的圖文效果；主要用于樓體墻面，廣告招牌、高檔的DISCO、酒吧、夜總會、會所的門頭廣告牌等。AT89C51：AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read 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器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL

18、 高密度非易失存儲器制造技術(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 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C 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廉的方案。與 MCS-51 兼容，4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命：1000 寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)，保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz，三級程序存儲器鎖定，1288 位內(nèi)部 RAM 32，可編程 I/O線兩個 16 位定時器/計數(shù)器，5 個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

19、器和時鐘電路 。AT89S ISP：ATMEL 公司推出的 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格比，因此本文選用 AT89S 系列單片機(jī)中的典型芯片 AT89S52。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（同步時鐘型號輸入端）三個引腳的數(shù)據(jù)設(shè)置或傳送實現(xiàn)程序下載的功能。AT89S52 單片機(jī) 40 引腳雙列直插式封裝（簡稱 DIP40）引腳。ISP 是系統(tǒng)在線可編程，指

20、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 的實現(xiàn)標(biāo)膠簡單，通常的做法是芯片內(nèi)部的程序存儲器可以由上位機(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)并寫入程序存儲器中。2.2 AT89C51 引腳說明及介紹2.2.1 AT89C51 引腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)

21、存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內(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， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口：P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳

22、被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 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

23、 口將輸出電流（ 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（記時器 0 外部輸入） ，P3.5 T1（記時器 1 外部輸入） ，P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） ，P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通），P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器

24、時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪

25、問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP） 。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2.2 AT89C51 芯片擦除整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯

26、片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 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，定時器，計數(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個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寄存器SBUF？而不是收發(fā)各用一個寄存器。 ”實際上 SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接

27、收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址 99H。CPU 在讀 SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(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，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作 SBUF 寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關(guān)鍵字 sfr 定義為一個變量就可以對其進(jìn)行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0 x99;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 等頭文件中已對其做了定義，只要用 #i

28、nclude 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，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。 51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義SM0、SM1、 SM2、REN、TB8、RB8、TI、RI。SM0、SM1 為串行口工作模式 設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置 如下：SM0 SM1 模式 功能 波特率0 0 0 同步移位寄

29、存器 fosc/120 1 1 8 位 UART 可變1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/641 1 3 9 位 UART 可變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。SM2 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。REM 為允許接收位， REM 置 1 時串口允許接收，置 0 時禁止接收。 REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和

30、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)要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入 REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入REM=0 來進(jìn)行實驗。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。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/數(shù)據(jù)標(biāo)識位。在模式 0 中，

31、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。TI 發(fā)送中斷標(biāo)識位1。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)時，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），這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。RI 接收中斷標(biāo)識位。在模式 0，接收第 8 位結(jié)束時，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，申請中斷，

32、要求 CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式 1 中，SM2=1 時，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會對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 個位的，1 位起始位為 0,8 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器1 或定時器 2 的定時值（溢出速率）。 AT89C51 和 AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個定時器，定時器 0 和定時器 1，而定時器 2 是 89C52 系列芯片才有的。波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(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)?/p>

33、波特位數(shù)。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 會被誤認(rèn)為每秒種可以傳送 9600 個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進(jìn)位，而一個字節(jié)要 8 個二進(jìn)位，如用串口模式 1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用 10 個二進(jìn)位，9600 波特率用模式 1 傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是960010960 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 12M 的晶振來計算，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

34、 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，取決于定時器 1 或 2（52 芯片）的溢出速率2。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設(shè)置時相關(guān)的寄存器的值呢？可以用以下的公式(2-2-2-1)去計算： 波特率（ 2SMOD32）定時器 1 溢出速率 （公式 2-2-2-1）上式中如設(shè)置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時就可以把波特率提升 2 倍。通常會使用定時器 1 工作在定時器工作模式 2 下，這時定時值中的 TL1 做為計數(shù)，TH1 做為自動重裝值 ，這個定時模式下，定時器溢出后， T

35、H1 的值會自動裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時更準(zhǔn)確3。在這個定時模式 2 下定時器 1 溢出速率的計算公式 (2-2-2-2)如下： 溢出速率（計數(shù)速率） /(256TH1) （公式 2-2-2-2）上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時器啟動后會在每一個機(jī)器周期使定時寄存器TH 的值增加一，一個機(jī)器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計數(shù)速率就為 1M4。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？

36、計算一下就知道了。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）：11.0592M9600(232)(11.0592M/12)/(256-TH1)TH125012M9600(232)(12M/12)/(256-TH1)TH1249.49上面的計算可以看出使用 12M 晶體的時候計算出來的 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

37、蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。2.3 數(shù)字頻率計顯示電路2.3.1 LED 靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示程序簡單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好，占用 CPU 的時間少，但占用的 I/O 口線較多，且在實際應(yīng)用中，通常附加驅(qū)動器或鎖存器增加顯示的穩(wěn)定性和亮度5。所以靜態(tài)顯示常用在顯示器數(shù)目較少的應(yīng)用系統(tǒng)中。2.3.2 LED 動態(tài)顯示方式當(dāng)顯示位數(shù)較多時，都采用動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描顯示時，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)碼管的動態(tài)顯示接口電路。動態(tài)顯示的優(yōu)點是線路簡單、缺點是需要不

38、斷刷新、掃描，占用CPU 的時間較多。動態(tài)顯示電路中， LED 的數(shù)目不宜太多 。2.4 數(shù)字顯示電路顯示共用 8 只共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器，由 AT89S51P2 口接 8 個三極管驅(qū)動 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易二字，這正符合了 LED 動態(tài)顯示線路簡單的優(yōu)點，所以我們使用了動態(tài)顯示。2.5 單片機(jī)電路單片機(jī)選用 AT89S51，其內(nèi)部含 2 個 16 位定時計數(shù)器，4K 程序存儲器，其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)與單片機(jī) 8031 相同7。為便于計算，選用 12MHz 晶振，這時內(nèi)部定時器一個計數(shù)值為 1us。信號在低頻段(500kH

39、z)直接輸入，在高頻段(500kHz)時經(jīng) 128 分頻后輸入到單片機(jī)，另外還要根據(jù) 1MHz 時基準(zhǔn)信號進(jìn)行校正?？刂菩盘枮?P1.2 和P1.3。8 只 LED 發(fā)光二極管由 P2.0P2.7 控制，分別指示測頻率、測周期、測脈沖寬度和測占空比四個狀態(tài)。按鍵由 P3.7 讀入，分別控制測頻率、測周期、測脈沖寬度、占空比和校正 5 項功能。因為采用了自動布線使得管腳與外部的連接沒那么困難且比較漂亮。2.6 復(fù)位電路復(fù)位電路由一個C1 10uf的電容，一個C2 104，一個10K電阻組成。在引腳RST和電源間接一個琴鍵按鈕，手動控制。如圖2-6復(fù)位電路所示。圖2-6 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動時都需

40、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，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。2.7 穩(wěn)壓電源78XX 系列集成穩(wěn)壓器是一個輸出正 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

41、穩(wěn)壓二極管 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，VD2 導(dǎo)通，將輸出電流旁路，保護(hù) 7800 穩(wěn)壓器輸出級不被損壞。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，輸出電壓 Uo 等于78XX 穩(wěn)壓器輸出電壓；當(dāng) RP 逐步增大時，Uo 也隨之逐步提高。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 D1D4 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 兩端形成一個并不十分

42、穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負(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。第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 AT89C51 的軟件系統(tǒng)介紹51 單片機(jī)程序設(shè)計有時可能是一個很復(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：1 分析題意，確定算法。對復(fù)雜的問題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計算方法及合適的數(shù)據(jù)6。2 根據(jù)算法畫出程序框圖。3 編寫程序。程序設(shè)計的一種理想方法是機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計方法。所謂機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計是對用到的控制結(jié)構(gòu)類程序作適當(dāng)?shù)南拗?，特別是

43、限制轉(zhuǎn)向語句的使用，根據(jù)機(jī)構(gòu)化程序設(shè)計的觀點，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。3.2 系統(tǒng)軟件總述51 單片機(jī)是利用 C 語言這樣的高級語言來編寫的，用 C 語言來編寫，對 51 的 CPU 的基本機(jī)構(gòu)無須過多了解，對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，程序擁有了正式的機(jī)構(gòu)，并且能被分成多個單獨的子函數(shù)。這使證個應(yīng)用系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)變得清晰，同時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7。可以運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)試程序的時間

44、。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。第 4 章 硬件電路的調(diào)試與測試4.1 電路調(diào)試 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。電源測試： 將于變壓器連接上電源，用萬用表檢測穩(wěn)壓電源的輸出電壓。輸出電壓的電壓。輸出電壓的正常值。如果輸出電壓不對，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，接著用示波器檢測產(chǎn)生基準(zhǔn)時間的全波整流電路的輸出波形。基準(zhǔn)時間檢測：關(guān)閉電源后，插上全部 IC 。依次用示波器檢

45、測有 U1(74H4024)與 U3A組成的基準(zhǔn)時間計數(shù)器和由 U2A組成的 T 觸發(fā)器的輸出波形8。輸出檢測信號：從被測信號數(shù)輸入端輸入幅值在 1V 左右、頻率為 1KHz 左右的正弦信號，如果電路正常，則數(shù)碼管可以顯示被測信號的的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則作進(jìn)一步檢測。輸入放大與整形電路檢測：用示波器觀測整形電路 U12A(74H4024)的輸出波形，正常情況下，可以觀測到與輸入頻率一致、信號幅值為 5V 左右的矩形波，如果觀測不到輸出波形，或觀測不到波形形狀和幅值不對，則監(jiān)測這一部分電路，消除故障。如果部分電路正常，或消除頻率計人不能正常工作，則檢查控制門

46、9。檢查控制門：檢查控制門 U3C(74H4024)的輸出波形，正常時，每間隔 1s 時間，可以觀測到被測信號的矩形波10。如觀測不到波形，則應(yīng)觀測控制們的兩個輸入端的信號是否正常，并通過進(jìn)一步的檢測找到故障電路，消除故障，如該電路正?；蛳收虾箢l率計人不能正常工作則檢測計數(shù)器電路11。計數(shù)器的檢測：依次檢測 4 個計數(shù)器 74HC4518 的輸出波形，正常時，相鄰計數(shù)器時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)對計數(shù)器和反饋們的各引腳電平及波形進(jìn)行檢測，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任不能正常工作則檢測鎖存器電路12。鎖存器電路

47、的檢測：依次檢測 74HC374 鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況時，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。如該部分電路正常，或消除故障后頻率計任不能正常工作，則監(jiān)測顯示譯碼電路13。顯示譯碼電路與數(shù)碼管電路的檢測：檢測顯示數(shù)碼器 74HC4511 各控制端與電源端引腳的電平，同時檢測數(shù)碼管各段對應(yīng)引腳的電平及公共端的電平通過檢測分析找出故障14。結(jié)論通過畢業(yè)設(shè)計加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問的能力。簡易數(shù)字頻率計基本完成，各 VCC 接電源正極，各開關(guān)控制電路的各個部分。整個電路綜合使用了與門、非門、顯示器、等的邏輯器件和施

48、密特、可重觸發(fā)器等模擬電子器件。讓我們對數(shù)字電路和電子器件有了更深的了解理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這次的設(shè)計對我們的作用是非常大的。腳踏實地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在設(shè)計的過程中遇到困難我就及時和我的指導(dǎo)老師聯(lián)系，在老師的幫助下，困難一個一個解決掉，設(shè)計也慢慢成型。這次畢業(yè)設(shè)計的過程是一次再學(xué)習(xí)，再提

49、高的過程。參考文獻(xiàn)1劉南平.數(shù)字頻率計設(shè)計方案.現(xiàn)代電子設(shè)計與制作技術(shù),2004.230-232.2全國大學(xué)生電子競賽組委會.直流穩(wěn)壓電源全國大學(xué)生電子競賽,2004.24-35.3杜玉遠(yuǎn).基于 top-down 方法的數(shù)字頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)J.電子世界,2004.54-40.4潘明.基于復(fù)雜可編程邏輯器件的數(shù)字頻率計設(shè)計J.電子世界,2001.65-108.5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,2002.40-136.6謝克明.電子電路 EDA.兵器工業(yè)出版社 ,2001.30-240.7夏路易.電路原理圖與電路板設(shè)計教程 .兵器工業(yè)出版社 ,2002.44-123.8張永瑞.電子測量技術(shù)基