基于52單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 基于 AT89C52 單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 惠州市技師學(xué)院 專 業(yè) 電子技術(shù)應(yīng)用（音像）班 級(jí) 201411 姓 名 鄧旭深 摘 要在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，同時(shí)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。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。頻率測(cè)量是電子學(xué)測(cè)量中最為基本的測(cè)量之一。本文中詳細(xì)介紹了頻率計(jì)的仿真及設(shè)計(jì)過(guò)程。本文設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī) STC89C52 為核心的數(shù)字頻率計(jì)。介紹了單片機(jī)、放大整形模塊、分頻

2、模塊和 LCD1602 顯示模塊等各個(gè)模塊的組成和工作原理。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)輸入信號(hào)送給單片機(jī)，通過(guò)程序控制計(jì)數(shù)，結(jié)果送LCD1602 顯示頻率值。本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī) STC89C52 為控制核心，利用它內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量。應(yīng)用單片機(jī)的控制功能和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能和頻率的換算，最后顯示測(cè)量的頻率值。本次設(shè)計(jì)所制作的頻率計(jì)外圍電路簡(jiǎn)單，大部分功能都通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的自動(dòng)換擋功能；用單片機(jī)中斷控制端口實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量功能；通過(guò)分頻電路實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率檔位的控制。本次設(shè)計(jì)的頻率計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了 1Hz4MHz范圍的頻率

3、測(cè)量，而且可以實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)切換。關(guān)鍵詞：AT89C52；數(shù)字頻率計(jì)；分頻；放大電路；數(shù)字頻率計(jì)；分頻；放大電路I目 錄摘 要.I目 錄 .II1 引言.11.1研究背景及意義.11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.12 總體方案設(shè)計(jì).22.1 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容.22.2 總體思路.22.3 具體模塊.23 硬件設(shè)計(jì).43.1 電路設(shè)計(jì)的步驟.43.2 STC89C52 簡(jiǎn)介.43.2.1STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明.63.2.2 單片機(jī)引腳分配.83.3 信號(hào)調(diào)理及放大整形模塊.83.3.1 LM318 介紹.93.2.2 1N4733 及 74LS14 介紹 .93.4 分頻模塊.93.4.1

4、74LS161 介紹 .103.4.2 74LS153 介紹 .113.5 LCD 顯示和鍵盤.113.5.1 LCD1602 簡(jiǎn)介.113.5.2 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能.123.5.3 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序.134 軟件設(shè)計(jì).144.1 主程序流程圖設(shè)計(jì).144.2 子程序流程圖設(shè)計(jì).144.3 程序編寫及仿真圖設(shè)計(jì).16II5 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn).186 總結(jié).19參考文獻(xiàn).20附錄.2101 引言1.1 研究背景及意義頻率計(jì)是我們?cè)陔娮与娐穼?shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)用到的測(cè)量?jī)x器之一，它能將頻率用液晶顯示器或者數(shù)碼管直接顯示出來(lái)，給測(cè)試帶來(lái)很大的方便，使結(jié)果更加直接；且頻率計(jì)還

5、能對(duì)其他多種物理量進(jìn)行測(cè)量，如聲音的頻率、機(jī)械振動(dòng)的頻率等，都可以先轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后用頻率計(jì)來(lái)測(cè)量。研究頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作將會(huì)對(duì)我們的生活有很大意義?，F(xiàn)代的頻率計(jì)多是用 LED 數(shù)碼管顯示的，其結(jié)果不明確，表示也不直接，研究液晶顯示的頻率計(jì)的發(fā)展很有意義。數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器，被測(cè)信號(hào)可以是方波，三角波，正弦波或其它周期性信號(hào)。如果配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可以對(duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)量，比如轉(zhuǎn)速，聲音頻率，機(jī)械振動(dòng)的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器，它的基本功能是測(cè)量方波信號(hào)、三角波信號(hào)、正弦信號(hào)以及其它各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。它被

6、廣泛應(yīng)用于航天、電子、測(cè)控等領(lǐng)域。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀縱觀現(xiàn)在的數(shù)字頻率計(jì)，其基本原理都是一樣的，頻率是單位時(shí)間（1s） 內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)，如果我們可以在給定的1s時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。但現(xiàn)在的頻率計(jì)的顯示部分都是LED數(shù)碼管，顯示內(nèi)容是BCD碼，不直觀，如果用LCD液晶來(lái)顯示，會(huì)使輸出結(jié)果更直接，更便于觀察。正因如此，所以未來(lái)數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展必定

7、會(huì)向液晶顯示方向發(fā)展。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測(cè)量成為一項(xiàng)越來(lái)越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來(lái)越多的關(guān)注。12 總體方案設(shè)計(jì)2.1 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容本題主要研究以單片機(jī)為核心輔以信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)信號(hào)預(yù)處理電路，包括信號(hào)放大電路、信號(hào)變換電路、信號(hào)整形電路和分頻電路相關(guān)的理論知識(shí)，以及單片機(jī)工作原理、接口技術(shù)和編程命令及方法等知識(shí)的深入學(xué)習(xí)理解，在多種方案中選擇并確定一種不論是硬件實(shí)現(xiàn)還是測(cè)量精度和測(cè)量范圍指標(biāo)較合適的方案，實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電平形式的矩形波信號(hào)，再

8、與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，使學(xué)生更加鞏固所學(xué)理論知識(shí)，并通過(guò)查閱、消化相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)硬件，完成設(shè)計(jì)方案的理論分析，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制作實(shí)際電路，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果。培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試能力。參數(shù)要求如下：1、裝置測(cè)量頻率范圍在 1HZ-4MHZ 之間；2、測(cè)量誤差為 0.1%；3、用 LCD1602 液晶顯示器顯示結(jié)果；4、可以測(cè)量方波、三角波及正弦波等多種波形的周期信號(hào)。2.2 總體思路頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測(cè)量實(shí)際上就

9、是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī) STC89C52 的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測(cè)量比較高的頻率時(shí)采用外部分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn) 100HZ-4MHZ 的頻率測(cè)量,LCD1602 液晶顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，可以測(cè)量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電平形式的矩形波信號(hào)，通過(guò)分頻模塊，再與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和計(jì)數(shù)各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。2.3 具體模塊本次設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)

10、計(jì)兩部分。根據(jù)上述系統(tǒng)分析，數(shù)字頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括五大模塊：放大整形模塊、分頻模塊、單片機(jī)控制模塊、鍵盤模塊及顯示模塊。各模塊作用如下：（1）放大整形模塊：放大電路是對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。2（2）分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)，使用 12 MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz，由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量的最高頻率是 4MHz，因此需要進(jìn)行外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。（3）單片機(jī)控制模塊：以 STC89

11、C52 單片機(jī)為控制核心，用它來(lái)完成待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)和顯示以及對(duì)分頻的控制。利用其內(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) STC89C52 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)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。(因?yàn)?STC89C52 所需外圍元件少，擴(kuò)展性強(qiáng)，測(cè)試準(zhǔn)確度高。（4）按鍵模塊：包括三個(gè)按鍵，S1、S2 為頻率/周期、閘門時(shí)間加/減按鍵，還有一個(gè)是確定鍵，在測(cè)量較低頻率時(shí)，可以改變閘門時(shí)間，提高測(cè)量精度，也可以選擇頻率或者周期來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果。（5）顯示模塊：顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示器顯示，使測(cè)量結(jié)果更直觀的顯

12、示出來(lái)。綜合以上分析，頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊、鍵盤模塊及顯示模塊等組成，頻率計(jì)的硬件總體設(shè)計(jì)框圖如圖 2.2 所示。 圖 2.1 硬件總體框圖 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，本系統(tǒng)實(shí)際用 LM318 對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，再用穩(wěn)壓二極管 1N4733 對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅，然后經(jīng)過(guò) 74LS14 反相器整形得到方波信號(hào)，接著送 74LS161 進(jìn)行分頻，最后送單片機(jī) P3.5 內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后送 LCD1602 顯示。下面一章將介紹整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。電路的基本功能是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和制作。設(shè)計(jì)是使某一電路

13、具有某種功能，制作則是設(shè)計(jì)過(guò)程的電路實(shí)物化。33 硬件設(shè)計(jì)3.1 電路設(shè)計(jì)的步驟（1）課題分析根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，先弄清楚即將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本形式，根據(jù)設(shè)計(jì)的可行性做出估計(jì)和判斷，確定設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵解決的問(wèn)題。（2）設(shè)計(jì)方案論證選題不管哪種（除了調(diào)查研究之外）都要論證它的可行性。論證分為立論和駁論兩種。（3）總體方案的選擇根據(jù)任務(wù)書提出的任務(wù)、要求和性能指標(biāo)，用具有一定功能的單元電路組成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，滿足設(shè)計(jì)題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。（4）單元電路的設(shè)計(jì)與確定在確定總體方案、畫出詳細(xì)框圖之后，便可進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。在電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能強(qiáng)的基礎(chǔ)上

14、，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和總體方案的原理框圖來(lái)確定各單元電路。設(shè)計(jì)每一個(gè)單元的電路圖。根據(jù)相關(guān)資料確定單元電路的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來(lái)選擇元器件。（5）總電路圖畫法總電路圖的一般的繪制方法如下：根據(jù)信號(hào)的流向，從左到右或從上到下按信號(hào)流向依次畫出各單元電路。盡量把總電路圖畫在一張圖樣上電路中所有連線都要表示清楚，各元件間的絕大多數(shù)連線應(yīng)在圖樣上直接畫出。符號(hào)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。先畫草圖，調(diào)整好布局和連線后，再畫出正式的總電路圖。（6）審圖由于有些問(wèn)題考慮不周，各種計(jì)算可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以，在畫出總電路圖并計(jì)算全部參數(shù)之后，要進(jìn)行全面審查。3.2 STC89C52 簡(jiǎn)介STC89C52RC 是一

15、種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。圖 3.1 STC89C52RC 引腳圖 3.2.1STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明VCC（40

16、 引腳）：電源輸入，接5V 電源VSS（20 引腳）：接地線P0 端口（P0.0P0.7，3932 引腳）：P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳）：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的

17、輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。STC89C52 主要功能如表 3.3 所示。表 3.3 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng)8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口256x8bit 內(nèi)部 RAM53 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24MHz2 個(gè)串行中斷可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫中斷口線3 級(jí)加

18、密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2.2 單片機(jī)引腳分配根據(jù)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的需要分析，單片機(jī)的引腳分配如表 3.4 所示。 表 3.4 單片機(jī)端口分配表模 塊端口功能顯示模塊P0.0-P0.7LCD 頻率值顯示P3.1-P3.2通道選擇分頻模塊P3.5被測(cè)信號(hào)輸出按鍵P1.6-P1.7鍵盤設(shè)置 3.3 信號(hào)調(diào)理及放大整形模塊 前置放大整形模塊包括放大器 LM318、穩(wěn)壓管 1N4733A,施密特觸發(fā)器 74LS14。反相輸入的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為 RL2/RL1，系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，要進(jìn)行穩(wěn)壓，防止燒壞后面的芯片，整形后的方波送到 74LS

19、161 分頻，然后送單片機(jī)以便計(jì)數(shù)。 由于輸入的信號(hào)幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 3.5 所示：圖 3.2 信號(hào)整形放大原理圖63.3.1 LM318 介紹3.4 分頻模塊前面已經(jīng)提過(guò)，由于測(cè)量頻率范圍比較寬，而且最高測(cè)量值要求要達(dá)到 4MHz，為了達(dá)到測(cè)量要求以及提高測(cè)量精度，這里我用 74LS161 作為一個(gè) 4 分頻和 16 分頻電路。分頻器可用來(lái)降低信號(hào)的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號(hào)頻率與fi輸出信號(hào)頻率之比稱

20、為分頻比 N。N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn) N 分頻器。74HC161 與 74LS161fo功能兼容，是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。 74LS161 對(duì)整形后的方波信號(hào)進(jìn)行分頻，Q1 為四分頻輸出，Q3 為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過(guò)四分頻和經(jīng)過(guò)十六分頻的三路信號(hào)作為 74LS153 的一個(gè) 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻系數(shù)，然后再送單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器 T1，其原理圖如圖 3.6 所示：圖 3.3 分頻模塊3.4.1 74LS161 介紹74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)

21、數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，時(shí)鐘 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3，清零/MR，使能 CEP，CET，置數(shù) PE，數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3，以及進(jìn)位輸出 TC (TC=Q0Q1Q2Q3CET)。表 3.5 為 74161 的功能表。表 3.5 74161 的功能表清零RD預(yù)置LD使能EP ET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入A B C D輸出Q0 Q1 Q2 Q3L L L L LHL 上升沿A B C DA B C DHHL 保 持HH L 保 持HHH H上升沿 計(jì) 數(shù)7 其中其中 RD 是異步清零端，是異步清零端，LD 是預(yù)置數(shù)控制端，是預(yù)置數(shù)控制端，

22、A、B、C、D 是預(yù)置數(shù)是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，據(jù)輸入端，EP 和和 ET 是計(jì)數(shù)使能端，是計(jì)數(shù)使能端，RCO(=ET.QA.QB.QC.QD)是進(jìn)位輸出是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。計(jì)數(shù)過(guò)程中，首先加入一清零信號(hào)一清零信號(hào) RD0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為 0，即計(jì)數(shù)器清零。，即計(jì)數(shù)器清零。RD 變?yōu)樽優(yōu)?1 后，后，加入一個(gè)置數(shù)信號(hào)加入一個(gè)置數(shù)信號(hào) LD0，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)，即信號(hào)需要維持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的正跳變到來(lái)后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸

23、發(fā)器的輸出狀態(tài)與后。在這個(gè)置數(shù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖上升的共同作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同，這就是預(yù)置操作。接著預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同，這就是預(yù)置操作。接著 EP=ET=1,在此期間在此期間 74161 一一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。一直到 EP=0，ET1，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)結(jié)束。從 74LS161 功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端 CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0 立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng) CR=“1”且 LD=“0”時(shí)，在 CP 信號(hào)上升沿作用后，74LS161 輸出端 Q3、Q2、Q1、Q0 的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端

24、D3，D2，D1，D0 的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng) CR=LD=EP=ET=“1”、CP 脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加 1。74LS161 還有一個(gè)進(jìn)位輸出端 CO，其邏輯關(guān)系是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片 74LS161 可以組成16 進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。管腳圖介紹：時(shí)鐘 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端 P0P3；清零/MR；使能 CEP，CET；置數(shù)PE；數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3。其管腳圖如圖 3.7 所示。 圖 3.4 74LS161 管腳圖 圖 3.5 74LS153 管腳圖 3.4.2 74LS153 介紹 74LS153 是一個(gè)雙 4

25、 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端（AB）為兩組共用，按二進(jìn)制譯碼，以供兩組從各自的 4 個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（1C0-1C3,2C0-2C3）中分別選取一個(gè)所需數(shù)據(jù)，只有在兩組各自的選通端（1G、2G）為低電平時(shí)才可選擇數(shù)據(jù)，1Y、2Y 分別為兩個(gè)輸出端。其管腳圖如圖 3.8 所示。3.5 LCD 顯示和鍵盤 LCD1602 顯示部分，通過(guò)調(diào)節(jié)變阻器調(diào)節(jié) LCD 背光亮度，八位數(shù)據(jù)端口接單片機(jī) P0口，讀寫控制端接 P2.0-P2.2。三個(gè)按鍵中，設(shè)置鍵接 P3.2 單片機(jī)按外部中斷 0 接口，當(dāng)按鍵按下后，置 P3.2 口低電平，單片機(jī)中斷。S1、S2 為頻率/周期、閘門時(shí)間加/減 選擇按鍵，按鍵部

26、分的工作原理是，根據(jù)按下設(shè)置鍵的時(shí)間長(zhǎng)短，可以設(shè)置閘門時(shí)間或者選擇測(cè)量結(jié)果的顯示方式，閘門時(shí)間可以加也可以減，顯示方式有頻率和周期兩種，8按鍵部分也是單片機(jī)控制，原理圖如圖 3.9 所示：圖 3.6 顯示及按鍵部分3.5.1 LCD1602 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 3.10 所示： 圖 3.7 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物圖3.5.2 1602LCD 的基本參數(shù)

27、及引腳功能1、1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162 個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm 2、引腳功能說(shuō)明：1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無(wú)背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如表3.6 所示:9表 3.6 引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光

28、源負(fù)極3.5.3 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 3.7 所示：表 3.7 1602 控制指令序號(hào)指令RSR/W D7 D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開(kāi)/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/C R/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從

29、CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 104 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，主程序主要包括單片機(jī)和 LCD1602 初始化，頻率測(cè)量，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及顯示幾個(gè)方面，主程序流程圖如圖 4.1 所示： 圖 4.1 主程序流程圖4.2 子程序流程圖設(shè)計(jì)（1）顯示程序LCD 顯示程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖所示：11 圖 4.2 顯示程序流程圖（2）頻率測(cè)量程序框圖 頻率測(cè)量程序整體架構(gòu)如圖所示： 圖 4.3 頻率測(cè)量框架圖（3）中斷服務(wù)流程圖 這是按鍵部分的程序流程圖，按鍵有三個(gè)，希望可以通過(guò)設(shè)置鍵可以選擇閘門時(shí)間設(shè)置或者選擇顯示方式，工作過(guò)程如下，設(shè)置鍵按下的時(shí)間長(zhǎng)短判

30、斷，長(zhǎng)按就選擇顯示方式，如果按下時(shí)間短，則選擇閘門時(shí)間設(shè)置，設(shè)置后再按下設(shè)置鍵退出中斷，返回測(cè)量結(jié)果顯示。INT0 中斷流程圖如圖所示： 頻率測(cè)量程序89C52初始化加按鍵、減按鍵顯示閘門時(shí)間延時(shí)子程序計(jì)數(shù)中斷定時(shí)中斷頻率顯示周期顯示測(cè)試頻率判斷頻率12 圖 4.4 INT0 中斷流程圖（4）判斷頻率，選擇分頻流程圖本次設(shè)計(jì)，分頻系數(shù)有兩個(gè)，100kHzf500kHz 時(shí)選擇 16分頻，分頻數(shù)選擇程序流程圖如圖 4.5 所示： 圖 4.5 分頻數(shù)選擇程序流程圖13由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量的頻率范圍是 100Hz4MHz，可見(jiàn)測(cè)量范圍比較寬，為提高精度以及測(cè)量達(dá)到最高測(cè)量要求 4MHz，因此要進(jìn)行外

31、部分頻，分頻系數(shù)有 1，4，16.即不分頻，4 分頻和 16 分頻。程序中設(shè)計(jì)的是先預(yù)測(cè)輸入頻率，若是頻率范圍在 100KHz500KHz，選擇 4 分頻，高于 500KHz 則選擇 16 分頻，小于 100KHz 則不用分頻，直接測(cè)量。由此設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖 4.5 所示。4.3 程序編寫及仿真圖設(shè)計(jì)根據(jù)前面的程序流程框圖，分模塊編寫 C 語(yǔ)言程序，由于在用 C 語(yǔ)言編寫程序方面學(xué)藝不精，此次程序的編寫是在網(wǎng)上搜索相關(guān)資料然后在多位同學(xué)和老師的指導(dǎo)下完成，過(guò)程坎坷而且很揪心，相對(duì)后面的調(diào)試，這算是好的了。之前學(xué)過(guò) Proteus，而且比較熟悉，所以仿真圖設(shè)計(jì)是在 Proteus 完成，設(shè)計(jì)

32、之前了解要用的元器件特性以及各個(gè)元器件之間的連接方法，而且之前課程設(shè)計(jì)多次用過(guò)，所以在本次設(shè)計(jì)中，沒(méi)遇到多大問(wèn)題，相對(duì)順利很多?？傮w仿真圖如圖 4.6 所示：圖 4.6 頻率計(jì) Proteus 仿真圖 145 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)單片機(jī)軟件調(diào)試主要是調(diào)試本次設(shè)計(jì)的主程序。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行 Keil 和Proteus 系統(tǒng)仿真，不斷調(diào)試程序，修改電路圖，直到符合功能要求。本次設(shè)計(jì) Proteus 仿真結(jié)果如圖 5.1 所示。 圖 5.1 部分仿真圖156 總結(jié)單片機(jī)因其功能獨(dú)特和價(jià)格廉價(jià)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，本次我們利用了基于AT89C52單片機(jī)對(duì)數(shù)字頻率計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這次的小組

33、協(xié)作完成中，我本人負(fù)責(zé)的部分是分頻模塊，開(kāi)始還是有點(diǎn)力不從心的，學(xué)過(guò)的只是都已經(jīng)忘記了差不多了，我又查閱了相關(guān)的資料，特別是數(shù)字邏輯電路，所以我們經(jīng)過(guò)權(quán)衡在硬件方面采用了74LS161 和 74LS153 兩個(gè)模塊 74LS161 是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，74LS153 是一個(gè)雙 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，功耗較低。在仿真中 74LS161 對(duì)整形后的方波信號(hào)進(jìn)行分頻，Q1 為四分頻輸出，Q3 為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過(guò)四分頻和經(jīng)過(guò)十六分頻的三路信號(hào)作為 74LS153 的一個(gè) 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻系數(shù)，然

34、后再送單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器 T1.在軟件編程方面，分頻編程程序是由三個(gè)人完成的，我也是主要負(fù)責(zé)檢查出錯(cuò)狀況，在之前還特意對(duì) C 語(yǔ)言方面的只是進(jìn)行了補(bǔ)充學(xué)習(xí)，在一些細(xì)節(jié)方面特變死格式我還是檢查了許多的錯(cuò)誤狀況，同時(shí)對(duì)于負(fù)責(zé)分頻程序的兩個(gè)人的編程能力我還是非常的佩服的。在這一次的合作小組工作中，大家分工明確，各自抽出時(shí)間下功夫，在協(xié)調(diào)合作方面雖然是出現(xiàn)了一些狀況，但是還是很好地完成了，小組組長(zhǎng)的分配和統(tǒng)籌能力很好，從硬件的設(shè)計(jì)步驟到信號(hào)的放大處理，到分頻最后的 LED 顯示和鍵盤都是組長(zhǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，調(diào)試，使各個(gè)模塊緊密的組合在一起，完成了我們的數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從這次的實(shí)踐情況來(lái)看，我們的動(dòng)手的

35、能力還是有待加強(qiáng)的，畢竟理論和實(shí)踐還是有相當(dāng)大的差距的。我想如果一個(gè)人在這么短的時(shí)間里還是很難完成的。這次的設(shè)計(jì)還是很很多的不足和漏洞的，還是有很大的進(jìn)步的空間的，希望在日后的學(xué)習(xí)和工作中更加的完善自己，做足功課，爭(zhēng)取做到更好。16參考文獻(xiàn)1 王辛之等.AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：北京航天大學(xué)出版社，2004.4 辛友順.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.福建:福建科學(xué)技術(shù)出版社,2005.5 張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.7 盧艷軍.單片機(jī)基本原理及應(yīng)用系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8 張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)

36、大學(xué)出版社,19969 陳西文，吳燕軍.I/O 接口程序設(shè)計(jì)入門與應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.17附錄程序清單：#include #include #include #include float f; /頻率float T; /周期float Tz; /閘門時(shí)間char idata buff20;char flag=0; /頻率周期選擇標(biāo)志位char xs=0;/設(shè)置閘門時(shí)間結(jié)束后是否顯示結(jié)果的標(biāo)志位unsigned char m=0,n=0,yichu=0,fenpin; /m 定時(shí)中斷次數(shù) n 計(jì)數(shù)中斷次數(shù) yichu 判斷是定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器溢出#define Key_Set

37、P1#define K1 0 xbf#define K2 0 x7f#define NO_Set 0 xff#define Fre 0#define Peri 1sbit B1=P26;sbit A=P25;sbit P17=P17;sbit P16=P16;sbit P35=P35;sbit Set=P32;unsigned char LCD_Wait(void);void LCD_Write(bit style, unsigned char input);void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode);void LCD_SetInput(uns

38、igned char InputMode);void LCD_Initial();void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y);void Print(unsigned char *str);void C52_Initial();18void Delay(unsigned int t);void display(float f);void cep();void pand();void timedisplay(float Tz);void Time_Set1();void Time_Set2();void t0();void t1();/*引腳定義*/

39、sbit LcdRs= P20;sbit LcdRw= P21;sbit LcdEn= P22;sfr DBPort= 0 x80;/P0=0 x80,P1=0 x90,P2=0 xA0,P3=0 xB0.數(shù)據(jù)端口void lcm_delay(int x)int i;for(i=0;ix;i+)_nop_();/*內(nèi)部等待函數(shù)*/unsigned char LCD_Wait(void)LcdRs=0; /寄存器選擇輸入端 1:數(shù)據(jù) 0：指令LcdRw=1; _nop_(); /RW：為 0：寫狀態(tài);為 1：讀狀態(tài);LcdEn=1; _nop_();/使能輸入端,讀狀態(tài),高電平有效;寫狀態(tài),下降

40、沿有效LcdEn=0;return DBPort;/*向 LCD 寫入命令或數(shù)據(jù)*/#define LCD_COMMAND 0 / Command#define LCD_DATA 1 / Data#define LCD_CLEAR_SCREEN 0 x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0 x02 / 光標(biāo)返回原點(diǎn)void LCD_Write(bit style, unsigned char input)19LcdEn=0;LcdRs=style; LcdRw=0; lcm_delay(100);DBPort=input; lcm_delay(100);/注意順序LcdEn=1

41、; lcm_delay(100);/注意順序LcdEn=0; lcm_delay(100);LCD_Wait();/*設(shè)置顯示模式*/#define LCD_SHOW0 x04 /顯示開(kāi)#define LCD_HIDE0 x00 /顯示關(guān) #define LCD_CURSOR0 x02 /顯示光標(biāo)#define LCD_NO_CURSOR0 x00 /無(wú)光標(biāo) #define LCD_FLASH0 x01 /光標(biāo)閃動(dòng)#define LCD_NO_FLASH0 x00 /光標(biāo)不閃動(dòng)void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode) /顯示模式設(shè)定LCD_W

42、rite(LCD_COMMAND, 0 x08|DisplayMode);/*設(shè)置輸入模式*/#define LCD_AC_UP 0 x02 /讀入一個(gè)字符后地址指針加一#define LCD_AC_DOWN0 x00 /讀入一個(gè)字符后地址指針減一#define LCD_MOVE 0 x01 /寫一個(gè)字符后左移#define LCD_NO_MOVE0 x00 /寫一個(gè)字符后不移動(dòng)void LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0 x04|InputMode);/*初始化 LCD*/void LCD_Initial

43、()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38); /8 位數(shù)據(jù)端口,2 行顯示,5*7 點(diǎn)陣20LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /開(kāi)啟顯示, 無(wú)光標(biāo)LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); /AC 遞增, 畫面不動(dòng)/*void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y)if(y=0) LCD_Write(

44、LCD_COMMAND,0 x80|x);if(y=1) LCD_Write(LCD_COMMAND,0 x80|(x-0 x40);void Print(unsigned char *str)while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;/*89c52 初始化*/ void C52_Initial() Tz=1000000.00; Key_Set=0 xff; TMOD=0 x51; / 01010001 T1 為計(jì)數(shù)器,T0 為定時(shí)器 EA=1; /開(kāi)中斷 ET0=1; /允許定時(shí)器 0 中斷 ET1=1; /允許計(jì)數(shù)器 0 中斷 EX0=1; /

45、允許外部中斷 0 中斷 PX0=1; /外部中斷 0 設(shè)置為高優(yōu)先級(jí) IT0=0; /電平觸發(fā)方式/*ms 延時(shí)子程序*/void Delay(unsigned int t) /t 隨著數(shù)值越大,誤差趨于平衡.21unsigned char i; while(t-) for(i=0;i999900.00) if(f1000.00) sprintf(buff, Fre :%3.2fkHz ,(f/1000.00); else if(f0.08) sprintf(buff, Fre :%3.3fHz ,f); 22 GotoXY(0,1); Print(buff);/*周期顯示*/void Tdi

46、splay(float T) if(T999800.00) if(T9950.00) sprintf(buff, Cycle:%3.3fms ,(T/1000.00); else if(T0.248) sprintf(buff, Cycle:%3.4fus ,T);else sprintf(buff,error(Time or F),T); GotoXY(0,1); Print(buff); /*測(cè)試頻率*/void cep()unsigned char b;unsigned long js;m=0;n=0;TMOD=0 x51;TH0=0 x3c; /定時(shí) 50ms23TL0=0 xb0;TH1=0;TL1=0;b=Tz/50000.00;TCON=0 x50; /啟動(dòng)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器while(m!=b); TCON=0;js=TH1*256+TL1+n*65536;f=(js/(Tz/1000000.00)*fenpin;T=Tz/(Tz*fenpin);if(xs=0) /設(shè)置結(jié)束后第一次不顯示結(jié)果if(flag=Fre) Fdisplay(f);else Tdisplay(T);/*判斷頻率*/void pand()xs=0; /設(shè)置結(jié)束后第二次循環(huán)顯示結(jié)