1、-基于89C51單片機(jī)的可自選量程的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 引言 單片機(jī)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度1。 51系列單片機(jī)是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)之一，隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和皮鞭接受及應(yīng)用，51系列單片機(jī)還會(huì)在繼后很唱一段時(shí)間占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場(chǎng)，因此，作為新世紀(jì)的大學(xué)生，在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，掌握單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理和使用時(shí)非常重要

2、的。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。推動(dòng)該潮流迅猛發(fā)展的引擎上日趨進(jìn)步和完善的設(shè)計(jì)技術(shù)。目前數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶要求，根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上至下的逐層挖不出個(gè)辦法相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，知道生成期間。上述設(shè)計(jì)過程除了系統(tǒng)行為和功能描述以外。其余所有的設(shè)計(jì)過程幾乎都可以用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)的完成，也就是說做到了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）。這樣做可以大大地縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，以適應(yīng)當(dāng)今品種多，批量下的電子市場(chǎng)的需求，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。 數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，

3、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)用匯編語言。將使整個(gè)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化。提高整體的性能和可靠性。本文用匯編語言在CPLD器件上實(shí)現(xiàn)一種8 b數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻系統(tǒng)，能夠用十進(jìn)制數(shù)碼顯示被測(cè)信號(hào)的頻率，不僅能夠測(cè)量正弦波、方波和三角波等信號(hào)的頻率，而且還能對(duì)其他多種物理量進(jìn)行測(cè)量。具有體積小、功耗低等特點(diǎn)。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 系統(tǒng)概述 2.1 數(shù)字頻率計(jì)的概述 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

4、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)3。 2.2 設(shè)計(jì)思路及原理 數(shù)字頻率計(jì)是用于測(cè)量信號(hào)(方波、正弦波或其它脈沖信號(hào))的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，它具有精度高，測(cè)量迅速，讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)。頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長(zhǎng)則沒測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻

5、率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計(jì)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)4。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。 脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為，其中，f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)。 T為產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。如在1S內(nèi)記錄1000個(gè)脈沖，則被測(cè)信號(hào)的頻率為1000Hz。晶振產(chǎn)生較高的標(biāo)準(zhǔn)頻率，經(jīng)分頻器后可獲得各種時(shí)基脈沖(1mS，10mS，0.1S，1S等)，時(shí)基信號(hào)的選擇由

6、開關(guān)k控制.用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生指令和清零信號(hào)，對(duì)置零信號(hào)而言，當(dāng)達(dá)到所調(diào)節(jié)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，延時(shí)電路輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器和所有的觸發(fā)器量0，為后續(xù)新的一 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 次取樣作好準(zhǔn)備，即能鎖住一次顯示的時(shí)間，使保留到接受新的一次取樣為止。用4片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160完成對(duì)整形后的待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)，通過74ls273寄存，便于數(shù)碼管顯示，用74ls48和其驅(qū)動(dòng)的共陰極的半導(dǎo)體數(shù)碼管作為主要顯示電路。另外，信號(hào)的放大部分還可以用三極管放大電路來完成，而整形部分可用施密特觸發(fā)器來完成，對(duì)施密特觸發(fā)器只涉及到一個(gè)外接小電容，典型值為0.01uF。為簡(jiǎn)單起見，可用555來做。控制

7、門用一個(gè)與門即可實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完全一樣，均可用555來做。計(jì)數(shù)器用74LS160來完成，免去了接十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的麻煩（若用74LS161）。鎖存電路用四路鎖存器74LS75來完成。其輸出可直接接到數(shù)電箱上的74LS247譯碼電路，進(jìn)而顯示結(jié)果。 2.3 系統(tǒng)組成 頻率計(jì)由單片機(jī)89C51、信號(hào)予處理電路、串行通信電路、測(cè)量數(shù)據(jù)顯示電路和系統(tǒng)軟件所組成，其中信號(hào)予處理電路包含待測(cè)信號(hào)放大、波形變換、波形整形和分頻電路。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。信號(hào)予處理電路中的放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求；波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可被單片機(jī)接受的

8、TTL/CMOS兼容信號(hào)；分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)的頻率測(cè)量范圍并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量和周期測(cè)量使用同一的輸入信號(hào)5。 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)軟件包括測(cè)量初始化模塊、顯示模塊、信號(hào)頻率測(cè)量模塊、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)周期測(cè)量模塊、定時(shí)器中斷服務(wù)模塊、浮點(diǎn)數(shù)格式化模塊、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算模塊、浮點(diǎn)數(shù)到BCD碼轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)軟件框圖如圖2所示。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 2系統(tǒng)軟件框圖 2.4 處理方法 本頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用它內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期/頻率的測(cè)量。單片機(jī)AT89C51內(nèi)部具有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作可以由變成來實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)

9、數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷要求的功能。在構(gòu)成為定時(shí)器時(shí)，每隔幾期周期加1（使用12MHz時(shí)鐘時(shí)，每1us加1）這樣以及其周期為基準(zhǔn)可以用來測(cè)量時(shí)間間隔6。在構(gòu)成計(jì)數(shù)器時(shí)，在相應(yīng)的外部引腳發(fā)生從1到0的的跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1，這樣在計(jì)數(shù)閘門的控制下可以用來測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率。外部輸入每隔及其周期被采樣一次，這樣檢測(cè)一次從1到0的跳變至少需要2個(gè)極其周期（24個(gè)震蕩周期），所以最大計(jì)數(shù)速率為時(shí)鐘頻率的1/24（使用12MHz時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為500KHz）。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由相應(yīng)的運(yùn)行控制位TR控制，當(dāng)TR置1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)TR清0，停止計(jì)數(shù)。 設(shè)計(jì)綜合考慮了頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的需

10、求。例如當(dāng)要求頻率測(cè)量結(jié)果為3位有效數(shù)字，這時(shí)如果待測(cè)信號(hào)的頻率為1Hz，則計(jì)數(shù)閘門寬度必須大于1000s。為了兼顧頻率測(cè)量精度和測(cè)量反應(yīng)時(shí)間的要求，把測(cè)量工作分為兩種方法。當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率大于100Hz時(shí)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器構(gòu)成為計(jì)數(shù)器，以及其周期為基準(zhǔn)，由軟件產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門，這時(shí)要滿足頻率測(cè)量結(jié)果為3位有效數(shù)字，則計(jì)數(shù)閘門寬度大于1s即可。當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率小于100Hz時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器構(gòu)成為定時(shí)器，由頻率計(jì)的予處理電路把待測(cè)信號(hào)變成方波，方波寬度等于待測(cè)信 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 號(hào)的周期。用方波作技術(shù)閘門，當(dāng)待測(cè)信號(hào)的頻率等于100Hz，使用12MHz時(shí)鐘時(shí)的最小計(jì)數(shù)值為10000，完

11、全滿足測(cè)量精度的要求7。 2.5 頻率計(jì)的量程自動(dòng)切換 在使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，這時(shí)外部的待測(cè)信號(hào)為定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)源，利用軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)數(shù)閘門。頻率計(jì)的工作過程為：首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0，運(yùn)行控制位TR置1，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器；然后運(yùn)行軟件延時(shí)程序。同時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)外部的待測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，延時(shí)結(jié)束時(shí)TR清0，停止計(jì)數(shù)；最后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。 在使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量時(shí)，這時(shí)外部的待測(cè)信號(hào)通過頻率計(jì)的予處理電路變成寬度等于待測(cè)信號(hào)周期的方波，該方波同樣加定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳。這時(shí)頻率計(jì)的工作過程為：首先定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄

12、存器清0，然后檢查方波高電平 是否加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳；當(dāng)判定高電平加至定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸入腳，運(yùn)行控制為TR置1，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)的及其周期的計(jì)數(shù)，同時(shí)檢測(cè)方波高電平是否結(jié)束；當(dāng)判定高電平結(jié)束時(shí)TR置0，停止計(jì)數(shù)，然后從計(jì)數(shù)寄存器讀出測(cè)量數(shù)據(jù)，在完成數(shù)據(jù)處理后，由顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果。 測(cè)量結(jié)果的顯示格式采用科學(xué)計(jì)數(shù)法，即有效數(shù)字乘以10為底的冪。這里設(shè)計(jì)的頻率計(jì)用5位數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果：前3位為測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字；第4位為指數(shù)的符號(hào)；第5位為指數(shù)的值。采用這種顯示格式既保證了測(cè)量結(jié)果的顯示精度，由保證了測(cè)量結(jié)果的顯示范圍（0.100Hz9.99MHz）8。 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過程由頻

13、率計(jì)測(cè)量量程的高端開始。由于只顯示3位有效數(shù)字，在測(cè)量量程的高端計(jì)數(shù)閘門不需要太寬，例如在10.0KHz-99.9KHz頻率范圍，計(jì)數(shù)閘門寬度為10mS即可。頻率計(jì)每個(gè)工作循環(huán)開始時(shí)使用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量，并是計(jì)數(shù)閘門寬度為最窄，完成測(cè)量后判斷測(cè)量結(jié)果是否具有3位有效數(shù)字，如果成立，將結(jié)果送去顯示，本工作循環(huán)結(jié)束；否則將計(jì)數(shù)閘門寬度擴(kuò)大10倍，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量判斷，直到計(jì)數(shù)閘門寬度達(dá)到1s，這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率測(cè)量 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 范圍為100Hz-999Hz。如果測(cè)量結(jié)果仍不具有3位有效數(shù)字，頻率計(jì)則使用定時(shí)方法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量。定時(shí)方法測(cè)量的是待測(cè)信號(hào)的周期，這種方法只設(shè)一種量程，測(cè)

14、量結(jié)果通過浮點(diǎn)運(yùn)算模塊將信號(hào)周期轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的頻率值，再將結(jié)果送去顯示，這樣無論采用何種方式，只要完成一次測(cè)量即可，頻率計(jì)自動(dòng)開始下一個(gè)測(cè)量循環(huán)。因此該頻率計(jì)具有連續(xù)測(cè)量的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 9。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 信號(hào)予處理電路 頻率計(jì)信號(hào)予處理電路如圖3 所示,它由四級(jí)電路構(gòu)成。第一級(jí)為零偏置放大器,當(dāng)輸入信號(hào)為零或者為負(fù)電壓時(shí),三極管截止,輸出高電平;當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí),三極管導(dǎo)通,輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降。零偏置放大器把如正弦波樣的正負(fù)交替波形變換成單向脈沖,這使得頻率計(jì)既可以測(cè)量任意方波信號(hào)的頻率,也可以測(cè)量正弦波信號(hào)的頻率

15、。放大器的放大能力實(shí)現(xiàn)了對(duì)小信號(hào)的測(cè)量,本電路可以測(cè)量幅度0. 5V 的正弦波或脈沖波待測(cè)信號(hào)10。三極管應(yīng)采用開關(guān)三極管以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。第二級(jí)采用帶施密特觸發(fā)器的反相器7414 ,它用于把放大器生成的單向脈沖變換成與 電平相兼容的方波。第三級(jí)采用十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74160 ,第級(jí)輸出的方波加到74160 的CL K,當(dāng)從74160 的TC 輸出可實(shí)現(xiàn)10分頻(多個(gè)74160 的級(jí)連可以進(jìn)一步擴(kuò)展測(cè)頻范圍) 。第四級(jí)同樣采用十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74160 ,第三級(jí)輸出的方波加到它的CL K,從它的Q0 輸出即可實(shí)現(xiàn)2 分頻,且其輸出為對(duì)稱方波,方波寬度等于待測(cè)信號(hào)的周期,從而為測(cè)量

16、信號(hào)周期提供基礎(chǔ)。 圖3 信號(hào)予處理電路 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3. 2 AT89C51單片機(jī)及其引腳說明 頻率測(cè)量電路選用89C51 作為頻率計(jì)的信號(hào)處理核心。89C51 包含2 個(gè)16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器、1個(gè)具有同步移位寄存器方式的串行輸入/ 輸出口和4 K8 位片內(nèi)FLASH 程序存儲(chǔ)器。16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)待測(cè)信號(hào)的頻率測(cè)量或者待測(cè)信號(hào)的周期測(cè)量。同步移位寄存器方式的串行輸入/ 輸出口用于把測(cè)量結(jié)果送到顯示電路。4 K 8 位片內(nèi)FLASH 程序存儲(chǔ)器用于放置系統(tǒng)軟件。89C51 與具有更大程序存儲(chǔ)器的芯片管腳兼容,如: 89C52(8 K8 位) 或89C55

17、(32 K8 位) ,為系統(tǒng)軟件升級(jí)打下堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(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。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了

18、一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51是一種低功耗高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4k字節(jié)的Flash可編擦除只讀存儲(chǔ)器(PEROM），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)和MCU_51系列單片機(jī)兼容。片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性的存儲(chǔ)器編程器來編程。同時(shí)已具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密的性能: 在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEI公司的AT89C51更實(shí)用，因?yàn)樗粌H和MCU_51系列單片機(jī)指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4k程序存儲(chǔ)器是Flash工藝的，這種下藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間

19、擦除、改寫。所以說這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)的程序還可以加密，這又很好地保護(hù)了所有者的勞動(dòng)成果。 AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向

20、輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C51具有PDIP、 求。主要功能特性： 兼容MCS51Z指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM 32個(gè)雙向I/O口 靜態(tài)操作0-24MHz 1個(gè)串行中斷 128x8bit內(nèi)部RAM 兩個(gè)外部中斷源 共6個(gè)中斷源 可直接驅(qū)動(dòng)LED 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 1主如前所述，A

21、T89C51單片機(jī)片內(nèi)帶有一個(gè)4k字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，這就決定了在某些方面其自身的優(yōu)越性。 主要特性： ?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-24Hz ?三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ?128x8bit內(nèi)部RAM 及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ?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 2管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏

22、級(jí)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(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。 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，P1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。 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

23、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)。 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 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

24、 入，由于外部下拉為低電平，P3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，如下表所示： 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)。 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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問

25、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)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。 /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)，

26、這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /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) 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 /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）。 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。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3振蕩器特性： XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，

27、XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4芯片擦除： 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。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(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

28、一個(gè)硬件復(fù)位為止11。 3.3 數(shù)據(jù)顯示電路 顯示電路采用靜態(tài)顯示方式。頻率測(cè)量結(jié)果經(jīng)過譯碼,通過89C51 的串行口送出。串行口工作于模式0 ,即同步移位寄存器方式。這時(shí)從89C51 的RXD(P3. 0) 輸出數(shù)據(jù),送至串入并出移位寄存器74164 的數(shù)據(jù)輸入口A 和B ;從TXD( P3. 1) 輸出時(shí)鐘,送至74164 的時(shí)鐘輸入口CP。74164 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù),進(jìn)行鎖存。74164 輸出的8 位并行數(shù)據(jù)送至8 段L ED ,實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的顯示。使用這種方法主程序可不必掃描顯示器,從而單片機(jī)可以進(jìn)行下一次測(cè)量。這種方法也便于對(duì)顯示位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展. 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說

29、明書 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 數(shù)據(jù)處理過程 在頻率計(jì)開始工作,或者完成一次頻率測(cè)量,系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測(cè)量初始化。測(cè)量初始化模塊設(shè)置堆棧指針(SP) 、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的工作方式。定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式,即用來測(cè)量信號(hào)頻率。在對(duì)定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0 后,置運(yùn)行控制位TR 為1 ,啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)閘門由軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn),從計(jì)數(shù)閘門的最小值開始,也就是從測(cè)量頻率的高量程開始。計(jì)數(shù)閘門結(jié)束時(shí)TR 清0 ,停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)寄存器中的值通過16 進(jìn)制數(shù)到10 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為10 進(jìn)制數(shù)。對(duì)10 進(jìn)制數(shù)的最高位進(jìn)行判別,若該位不為0 ,滿足測(cè)量

30、數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求,測(cè)量值和量程信息一起送到顯示模塊;若該位為0 ,將計(jì)數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大10 倍,重新對(duì)待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù),直到滿足測(cè)量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求12。 當(dāng)上述測(cè)量判斷過程直到計(jì)數(shù)閘門寬度達(dá)到1s ,這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率測(cè)量范圍為100Hz - 999Hz ,如果測(cè)量結(jié)果仍不具有3 位有效數(shù)字,頻率計(jì)則使用定時(shí)方法測(cè)量待測(cè)信號(hào)的周期。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作這時(shí)被設(shè)置為定時(shí)器方式,在對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)寄存器清0 后,判斷待測(cè)信號(hào)的上跳沿是否到來。待測(cè)信號(hào)的上跳沿到來后,置運(yùn)行控制位TR 為1 ,以單片機(jī)工作周期為單位,啟動(dòng)對(duì)待測(cè)信號(hào)的周期測(cè)量。然后判斷待測(cè)信號(hào)的下跳沿是否到來,待測(cè)信號(hào)的下跳沿到來后

31、,運(yùn)行控制位TR 清0 ,停止計(jì)數(shù)。16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為65535 ,這樣在待測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器將發(fā)生溢出。當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)/計(jì)數(shù)器將溢出,程序進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序,中斷服務(wù)程序?qū)σ绯龃螖?shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。待測(cè)信號(hào)的周期由3 個(gè)字節(jié)組成:定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出次數(shù)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的高8 位和低8 位。信號(hào)的頻率f 與信號(hào)的周期T 之間的關(guān)系為: 完成信號(hào)的周期測(cè)量后,需要做一次倒數(shù)運(yùn)算才能獲得信號(hào)的頻率。為提高 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 運(yùn)算精度,這里采用浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算。浮點(diǎn)數(shù)用3 個(gè)字節(jié)組成,第一字節(jié)最高位為數(shù)符,其余7 位為階碼;第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié);第三字節(jié)為尾數(shù)的低字

32、節(jié)。待測(cè)信號(hào)周期的3 個(gè)字節(jié)定點(diǎn)數(shù)首先通過截取高16 位、設(shè)置數(shù)符和計(jì)算階碼轉(zhuǎn)換為上述格式的浮點(diǎn)數(shù)。然后浮點(diǎn)數(shù)算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行處理,獲得用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值。浮點(diǎn)數(shù)到BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊把用浮點(diǎn)數(shù)格式表達(dá)的信號(hào)頻率值變換成本頻率計(jì)的顯示格式,送到顯示模塊顯示待測(cè)信號(hào)的頻率值。無論從哪一種方式進(jìn)入顯示模塊,完成顯示后,頻率計(jì)都開始下一次信號(hào)的頻率測(cè)量。 4.2 系統(tǒng)軟件框圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊和信號(hào)頻率測(cè)量模塊等各種功能模塊組成(見圖4)。上電后,進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊,系統(tǒng)軟件開始運(yùn)行。在執(zhí)行過程中,根據(jù)運(yùn)行流程分別調(diào)用各個(gè)功能模塊完成頻率測(cè)量、量

33、程自動(dòng)切換、周期測(cè)量和測(cè)量結(jié)果顯示。 圖4 系統(tǒng)軟件流程圖 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4.3 浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算程序 8051 系列單片機(jī)屬于微控制器,由于其CPU字長(zhǎng)和指令功能的限制,它適用于控制領(lǐng)域,在信號(hào)處理方面不很擅長(zhǎng)。在本頻率計(jì)中需要完成周期到頻率的換算,為保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確,這里應(yīng)用了浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算13。從周期到頻率的換算過程包括: 3字節(jié)定點(diǎn)數(shù)到浮點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換、浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)到BCD 碼的轉(zhuǎn)換。由于通過多次的轉(zhuǎn)換,整個(gè)換算過程精度還不是很高,通過實(shí)測(cè),精度大約為千分之二左右。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 基本測(cè)量原理與理論誤差分析 5.1 高精度恒定誤差頻率周期

34、測(cè)量技術(shù) 頻率測(cè)量誤差分析及其公式推導(dǎo)如下。 (1)量化誤差 設(shè)測(cè)得頻率為Fx被測(cè)頻率真實(shí)值為Fxe標(biāo)準(zhǔn)頻率為Fs,在一次測(cè)量中預(yù)置門時(shí)間為Tpr，被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值為Nx，標(biāo)推頻率信號(hào)計(jì)數(shù)值為Ns . Fx計(jì)數(shù)的起停時(shí)間都是由該信號(hào)的上升沿觸發(fā)的，在Tpr時(shí)間內(nèi)對(duì)Fx的計(jì)數(shù)Nx無誤差；在此時(shí)間內(nèi)Fs的計(jì)數(shù)從Ns最多相差一個(gè)脈沖，即 而 由上式可得 根據(jù)相對(duì)誤差公式有 由上式得 因?yàn)?所以 即 由上式可以得出以下結(jié)論 相對(duì)測(cè)量誤差與頻率無關(guān)。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 增大Tpr或提高Fs，可以增大Ns，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。 （2）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為Fs/Fs,因?yàn)榫w的

35、穩(wěn)定度很高，標(biāo)準(zhǔn) 頻率誤差可以進(jìn)行校準(zhǔn)，相對(duì)于量化誤差，校準(zhǔn)后的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以忽略。 （3）分變率誤差分析 先由單片機(jī)給出閘門開啟信號(hào) ,此時(shí)計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù) ,而是等到被測(cè)信號(hào) 的上升沿到來時(shí),才開始計(jì)數(shù)。然后,兩組計(jì)數(shù)器分別對(duì)被測(cè)信號(hào)和時(shí)標(biāo)脈沖計(jì) 數(shù)，當(dāng)單片機(jī)給出閘門關(guān)閉信號(hào)后 ,計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù) ,而是等到被測(cè)信 號(hào)下降沿到來的時(shí)刻才結(jié)束計(jì)數(shù) ,完成一次測(cè)量過程?？梢钥闯?,實(shí)際閘門與設(shè) 定的閘門并不嚴(yán)格相等 ,但最大差值不超過被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期14。 設(shè)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)為 NX ,對(duì)時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù)為 N0 ,時(shí)標(biāo)頻率為 f0 ,閘門時(shí)間 為,則被測(cè)信號(hào)頻率為: 計(jì)數(shù)器的開閉與被測(cè)信號(hào)是

36、完全同步的 ,即在實(shí)際閘門中包含整數(shù)個(gè)被測(cè) 信號(hào)的周期 ,因而不存在對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)的 1 個(gè)字誤差 ,由式 微分可得 相對(duì)誤差為: 式（5）中前兩項(xiàng)分別表示計(jì)數(shù)器 T0 和計(jì)數(shù)器 T1 的誤差 ,第三項(xiàng)為頻率準(zhǔn)確 度。由于計(jì)數(shù)是在相關(guān)同步門控時(shí)間內(nèi)完成的,即由待測(cè)信號(hào)同步控制,因此同 步門控與計(jì)數(shù)器 T1 的計(jì)數(shù)脈沖相關(guān),且 T/ Tx 的比值 Nx為整數(shù) ,故被測(cè)信 號(hào)計(jì)數(shù)值不存在計(jì)數(shù)誤差。而計(jì)數(shù)器 T0 對(duì)時(shí)標(biāo)的計(jì)數(shù) ,由于門控的啟閉時(shí)刻 的隨機(jī)性及 T/ T0之比值 N0 為非整數(shù)( T0 為時(shí)標(biāo)周期) ,在門控的啟閉時(shí)刻 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 分別有時(shí)間零頭T1 和 T2

37、無法計(jì)入,故存在 1 誤差。當(dāng)忽略頻率準(zhǔn)確度 誤差時(shí),多周期同步法測(cè)頻的最大誤差為: 由式(6)可以看出 ,測(cè)量分辨率與被測(cè)信號(hào)頻率的大小無關(guān) ,僅與閘門時(shí)間 及時(shí)標(biāo)頻率有關(guān) ,即實(shí)現(xiàn)了被測(cè)頻帶內(nèi)的等精度測(cè)量,閘門時(shí)間越長(zhǎng),時(shí)標(biāo)頻率 越高 ,分辨率越高。 5.2 預(yù)置門時(shí)間信號(hào)與閘門時(shí)間信號(hào) 預(yù)置門的概念與傳統(tǒng)的閘門的概念是不同的。預(yù)置門是指同時(shí)啟動(dòng)或停止標(biāo) 準(zhǔn)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)器和被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)。碩置門的概念用于高精度恒定 誤差測(cè)頻測(cè)周期方法中，并稱預(yù)置門的時(shí)間寬度為預(yù)置門時(shí)間15。 高精度恒定誤差測(cè)頻方法測(cè)量精度與預(yù)置門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測(cè)信 號(hào)的頻率無關(guān)。在預(yù)置門時(shí)間和閘門時(shí)間

38、相同而被測(cè)信號(hào)頻率不同的情況下，高 精度恒誤差額率測(cè)量法的測(cè)量精度不變，而直接測(cè)頻法精度隨著被測(cè)信號(hào)頻率的 增加而接近線性地增大。 5.3 脈沖寬度測(cè)量理論誤差分析 根據(jù)方案中的脈沖寬度測(cè)量方法，分析脈寬測(cè)量誤差。設(shè)被測(cè)信號(hào)脈寬為 Twxe，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)頻率為Fs，則脈沖寬度的測(cè)量值為 在一次測(cè)量中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值Nx可能產(chǎn)生1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)周 期的計(jì)數(shù)誤差，則脈寬測(cè)量相對(duì)誤差為 其中 當(dāng) .可以看出，在Fs一定時(shí)，脈寬越小，誤差越大。 =100s，=60MHz時(shí)，6000，則有 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5.4 周期脈沖信號(hào)占空比測(cè)量誤差分析 使用第一部分中所述的占空比方法，

39、根據(jù)誤差合成原理，周期測(cè)量相對(duì)誤差最大恒等于脈沖寬度測(cè)量相對(duì)誤差16。 在標(biāo)準(zhǔn)頻率為60MHz，被測(cè)頻率1kHz(即周期為0.001s)時(shí)。設(shè)其占空比為10，如果要滿足題日部分要求，由脈沖寬測(cè)量相對(duì)誤羌公式計(jì)算出的相對(duì)誤差應(yīng)小于 實(shí)際精度完全可以超過這個(gè)要求。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 實(shí)測(cè)結(jié)果和誤差分析 為了衡量這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)的工作情況和測(cè)量精度,我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。以南京電訊儀器廠制造的E312B 型通用計(jì)數(shù)器為基準(zhǔn),用這次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)對(duì)信號(hào)源進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量數(shù)據(jù)如表1 所示。 表1 頻率測(cè)量對(duì)比表 如圖3 信號(hào)予處理電路所示,待測(cè)信號(hào)在進(jìn)入單片機(jī)之前經(jīng)過了10 2 次分頻

40、。頻率計(jì)以進(jìn)入單片機(jī)時(shí)的信號(hào)頻率等于100Hz 為基準(zhǔn),既待測(cè)信號(hào)頻率等于2 KHz 為基準(zhǔn),大于此頻率采用頻率測(cè)量,小于此頻率采用周期測(cè)量。由表1 頻率測(cè)量對(duì)比表可以看出,頻率測(cè)量的測(cè)量精度大于周期測(cè)量的測(cè)量精度。采用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量,誤差來源主要有計(jì)數(shù)誤差和閘門誤差兩部分。誤差表達(dá)式為 這里N 為計(jì)數(shù)值,t 為閘門時(shí)間。閘門時(shí)間相對(duì)誤差dt/ t 主要取決于晶振的頻率穩(wěn)定度,選擇合適的石英晶體和振蕩電路,誤差一般可小于10 - 6 。當(dāng)僅顯示3 位有效數(shù)字時(shí),該項(xiàng)誤差可以忽略。對(duì)于dN/ N 部分,無論閘門時(shí)間長(zhǎng)短,計(jì)數(shù)法測(cè)頻總存在1 個(gè)單位的量化誤差。在表1 中,待測(cè)信號(hào)頻率大于2 K

41、Hz 時(shí)的誤差就來源于計(jì)數(shù)誤差。增加顯示的有效數(shù)字位數(shù)可降低該項(xiàng)誤差的影響。當(dāng)待測(cè)信號(hào)頻率小于2 KHz 時(shí),直接測(cè)量的是信號(hào)的周期。周期測(cè)量的誤差表達(dá)式為: 這里 為量化誤差, 為晶振的頻率穩(wěn)定度。進(jìn)行周期測(cè)量時(shí)進(jìn)入單片機(jī)的信號(hào)頻率小于100Hz ,使用12MHz 時(shí)鐘這時(shí)的最小計(jì)數(shù)值為10000 。當(dāng)僅顯示3 位 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 有效數(shù)字時(shí),該項(xiàng)誤差現(xiàn)在可以忽略。待測(cè)信號(hào)周期測(cè)量值通過浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算變換成頻率值,這時(shí)的誤差來源于浮點(diǎn)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)制之間轉(zhuǎn)換所帶來的誤差。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 結(jié)論 大學(xué)四年中，我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了單片機(jī)的知識(shí)，也看到了單片機(jī)控制

42、程序的廣闊前景，選擇這個(gè)課題，正是希望能加深自己對(duì)單片機(jī)各方面的理解，并在運(yùn)用先前學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，進(jìn)一步的理解其實(shí)質(zhì)和作用，鞏固和拓展以前的學(xué)習(xí)成果，從而希望今后能在這個(gè)領(lǐng)域作出成績(jī)。 由于單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)很成熟，我更多的是借鑒前人的工作，完善我的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，我在前人的基礎(chǔ)上向前走了一步，無論是原器件的選擇，還是程序的設(shè)計(jì)，我做的比他們復(fù)雜，這并不是簡(jiǎn)單意義上的重復(fù)，而是消化吸收和創(chuàng)新。 在設(shè)計(jì)的過程中，我一方面澄清了先前的一些錯(cuò)誤理解，另一方面也真正的體會(huì)到了書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐時(shí)的困難，往往很不起眼的一件事情，就是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，必須得搞清楚。為了查找相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)資料，我上網(wǎng)，去

43、學(xué)校圖書館甚查找資料，雖然辛苦一點(diǎn)，但是令人欣慰的是學(xué)到了書本上學(xué)不到的東西，并且掌握了設(shè)計(jì)的一般方法。 三個(gè)月的時(shí)間很短，我的能力也有限，很可能我的設(shè)計(jì)存在這樣或那樣的不足，希望各位多多批評(píng)斧正。 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 附錄A 匯編源程序 WX EQU 78H ;1 ms中斷一次 ORG 0000H AJMP DP ORG 001BH AJMP DP0 ORG 0100H DP: MOV SP,# 80H MOV WX,# 11111110B MOV R7,# 7H mov R1,# 61H MOV TMOD,# 10H MOV TL1,# 0CH MOV TH1,# 0FEH

44、SETB EA SETB ET1 SETB TR1 SJMP $ DP0: MOV TL1,# 0CH MOV TH1,# 0FEH CLR P2.7 MOV C,P2.7 JC DP01 setb P2.7 CLR P0.7 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 SETB P0.7 SJMP QQ DP01: CLR P2.7 ACALL BTD CLR P0.7 SETB P0.7 qq: MOV A,R1 INC R1 MOV P0,WX MOV P2,A MOV A,WX RL A MOV WX,A DJNZ R7,LOOP1 MOV WX,# 11111110B Mov R7,# 7 M

45、ov R1,# 61H LOOP1:SETB TR1 RETI -計(jì)數(shù)程序- BTD: MOV R1,# 61H MOV R3,# 0ffh MOV R2,# offh CLR A MOV R4,A 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 MOV R5,A MOV R6,A MOV R7,# 10H BTD0: CLR C MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R6 ADDC A,R6 DA A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MO

46、V R4,A DJNZ R7,BTD0 MOV A,R4 SWAP A ANL A,# 0FH 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 MOV R1,A INC R1 MOV A,R4 ANL A,# 0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R5 SWAP A ANL A,# 0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R5 ANL A,# 0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R6 SWAP A ANL A,# 0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R6 ANL A,# 0FH MOV R1,A INC R1 END 中北大學(xué)2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 附錄B 程序流程圖 中北大