基于單片機(jī)at89c51的等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 一定規(guī)模的計(jì)算 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 。 4. 可靠性高 因?yàn)樾酒前垂I(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的 ,故抗干擾的能力優(yōu)于 PC機(jī) 。 系統(tǒng)軟件 (如 :程序指令 ,常數(shù) ,表格 )固化在 ROM 中 ,不易受病毒破壞 。 許多信號的通道均在一個芯片內(nèi) ,故運(yùn)作時系統(tǒng)穩(wěn)定可靠 。 頻率的測量原理 頻率的測量在電子設(shè)計(jì)和測量領(lǐng)域中經(jīng)常用到，這使得對頻率測量方法的研究在實(shí)際工程應(yīng)用中具有重要的意義。測量頻率的方法目前主要有以下三種： 1) 測頻法：原理為在給定的時間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)出被測信號脈沖的個數(shù)，即可以得到頻率，此種方法適用于測量高頻信號。 2) 測周期法：原理是測量信號的周期，再根據(jù)周期的倒數(shù)即 為信號的頻率來測量，此方法適用于測量低頻信號。 3) 多周期同步法 ：等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)便是基于此原理，這種方法適用于各種頻率的信號。 等精度測量的實(shí)現(xiàn)原理 等精度測量 法 的一個最大特點(diǎn)是測量的實(shí)際門控時間不是一個固定值，而是一個與被測信號 同步的 值，剛好 為 被測信號的整數(shù)倍。在計(jì)數(shù)允許時間內(nèi)，同時對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，再通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)得到被測信號的頻率。由于門控信號是被測信號的整數(shù)倍，就消除了對被測信號 計(jì)數(shù)時 產(chǎn)生的 177。1個 周期誤差， 測量精度大大的提高，更重要的是實(shí)現(xiàn)了在整個測量頻段等精度測量。等精度測量原理如圖 1所示： 從以上敘述的等精度的測量原理可以很容易得出如下結(jié)論： 首先， 被測信號頻率 fX的相對誤差與被測信號的頻率 變化 無關(guān)； 其次，增大測量時間段 “ 閘門時間 ” 或提高 “ 標(biāo)頻 f0” ，可以減小相對誤差， 9 提高測量精度； 最后，由于一般提供標(biāo)準(zhǔn)頻率 f0的石英 晶振 穩(wěn)定性很高，所以標(biāo)準(zhǔn)信號的相對誤差很小， 可以 忽略。 圖 1 等精度測量原理 等精度測量計(jì)算 若 用兩個計(jì)數(shù)器 ，在一次預(yù)置閘門時間 EN 中，一個計(jì)數(shù)器對被測輸入信號 FX 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為 NX；同時另一個計(jì)數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)高頻率信號 FS計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為 NS ，則下式成立： //x x s sF N F N? 將上式進(jìn)行變換可得被測信號頻率的表達(dá)式： xx( / )ssF F N N?? 若 在電路中，為了實(shí)現(xiàn)上方等式。首先，分別采用 32位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，對標(biāo)準(zhǔn)高頻率信號 FS和待測信號 FX 進(jìn)行計(jì)數(shù)。然后將兩路計(jì)數(shù)結(jié)果分別鎖存，準(zhǔn)備用以計(jì)算。若標(biāo)準(zhǔn)高頻率信號 FS的頻率為 1Mhz。 先將 10， 000， 000 與待測信號 FX計(jì)數(shù)結(jié)果 NX通過乘法器相乘。再將乘法器輸出結(jié)果通過除法器，除以標(biāo)準(zhǔn)高頻率信號 FS的計(jì)數(shù)結(jié)果 NS，得到待測信號的頻率 FX。最后輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。 設(shè)計(jì)原理框圖 圖 2 設(shè)計(jì)原理框圖 待測 信號 標(biāo)準(zhǔn) 信號 D觸發(fā)器 信號 整形 計(jì)數(shù)器 1 單片機(jī)AT89C52 LCD1062 與門 計(jì)數(shù)器 2 與門 10 3 主控電路的設(shè)計(jì) AT89C52芯片 簡介 本次設(shè)計(jì)，系統(tǒng)將選擇使用的單片機(jī)芯片是 AT89C52。在眾多的 52單片機(jī)系列中， AT89 系列的單片機(jī)在我國 得到極其廣泛的應(yīng)用，越來越受到人們的矚目。 AT89 系列單片機(jī)是美國 Atmel 公司的 8位 Flash 單片機(jī)產(chǎn)品。 AT89C52 是一種 8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ EPROMFlash 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)。它的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有 Flash 存儲器， Flash 存儲器是一種可以電擦除和電寫入的閃速存儲器 (簡記為 EEPROM),在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改，使開發(fā)調(diào)試更為方便。 AT89 系列單片機(jī)以 8031 為內(nèi)核，是與 8051 系列單片機(jī)兼容的系列， Atmel 89系 列單片機(jī)有許多型號，可分為標(biāo)準(zhǔn)型號、抵擋型號和高檔型號 三大 類。系統(tǒng)將選用的 AT89C52是屬于標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)型 89系列單片機(jī)是與 MCS51系列單片機(jī)兼容的。標(biāo)準(zhǔn)型系列在內(nèi)部含有 4KB或 8KB可重復(fù)編程的 Flash存儲器，可進(jìn)行 1000 次擦寫操作。全靜態(tài)工作為 033MHz，有 3 級程序存儲器加密鎖定，內(nèi)部含有 128256 字節(jié)的 RAM、 32條可編程的 I/O 端口、 2個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器、 68 級中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。 AT89 系列標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)有 4種型號，分別為 AT89C5 AT89LV5 AT89C52 和AT89L52，其中 AT89C51 和 AT89C52 直接與 8051 系列兼容，相當(dāng)于將 805 8052中的 4KB、 8KB 的 ROM換成相應(yīng)數(shù)量的 Flash 存儲器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時可直接替換。 AT89LV51 是 AT89C51 低電壓型號，可以在 的電壓范圍內(nèi)工作，其他功能和 89C51 相同。 AT89C52的引腳圖 圖 3 AT89C52的引腳圖 AT89C52的引腳功能 1) 電源引腳 VSS和 VCC VSS(20 腳 )：接地。 VCC(40 腳 )：正常操作及對 EPROM 編程和驗(yàn)證時接 +5V 電源。 11 2) 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體的一端。 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體的另一端。 注：兩腳之間必須接一個 的晶振，常用的晶振有 ， 6MHz， 和 12MHz。 3) 控制或與其他電源復(fù)用引腳 RESET、 ALE、 PSEN 、 EA RESET(9 腳 )：復(fù)位輸入腳。此引腳內(nèi)部已有一個 5030K 的電阻器接地，所以只需接一個電容至 +VCC，即可在電源 ON 時產(chǎn)生開機(jī)復(fù)位的功能。但是，常會在 RESET 引腳用一個 的電阻接地，以縮短開機(jī)復(fù)位的時間。如需要，也可在電容兩端并聯(lián)一個常開按鈕，以便按此按鈕時可強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位。 ALE(30 腳 )：地址鎖存器輸出端。在系統(tǒng)擴(kuò)展時，用于控制把 P0 口 輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。 ALE 是以晶振1/6 的固定頻率輸出的正脈沖，因此可以作為外部時鐘或外部定時脈沖用。 PSEN （ 29腳）：外部程序存儲器使能輸出端。當(dāng) CPU想讀取外部 ROM 的內(nèi)容時，此腳會自動產(chǎn)生負(fù)脈沖。 EA （ 31 腳）：輸入腳。當(dāng) EA 引腳接地時，內(nèi)部程序數(shù)據(jù)失效， CPU被迫只讀取外部的程序存儲器。當(dāng) EA 接 VCC 時，對 ROM的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)到外部 ROM。 4) 輸入 /輸出引腳 P0口、 P1 口、 P2 口和 P3口 P0 口（ 共 8 條引腳，即 3932 腳）：雙向 8位 I/O 口。沒有內(nèi)部上拉電阻器，輸出電平時，需用戶在引腳上接上外部上拉電阻器。在訪問外部存儲器時，可分時用做低 8位地址線和 8位數(shù)據(jù)線。 P0口做輸出口用時，每只引腳均可驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將 1寫入該引腳。 P1 口（ 共 8 個引腳，即 18腳）：雙向 8 位 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻器， 可驅(qū)動 4個 LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將 1寫入該引腳。 P2 口（ 共 8 個引腳，即 2128 腳）：雙向 8位 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻器，可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。在訪問外部存儲器時，它送出高 8位地址。 P3 口（ 共 8 個引腳，即 1017 腳）：雙向 8位 I/O 口。具有內(nèi)部上拉電阻器，可驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。若某引腳想做輸入腳用，則須先將 1寫入該引腳。 P3口引腳具有特殊功能。 AT89C52外圍輔助電路的設(shè)計(jì) 1) 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位就和計(jì)算機(jī)的重啟是一樣的概念。任何 單片機(jī)工作之前都要有個復(fù)位的過程，復(fù)位對于單片機(jī)來說，程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作，一般的復(fù)位只需要 5ms 的時間。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和手動 按鍵 復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起 、 停 通過 電源控制。手動復(fù)位是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)復(fù)位 ， 一般都用上電復(fù)位電路。 12 上電自動復(fù)位原理：通電時，電容兩端相當(dāng)于短路，于是 RESET 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RESET 端電壓慢慢下降，降到一定程度即為低電平，單片機(jī)開始正常工 作，如圖 4 所示： 圖 4 復(fù)位電路 2) 振蕩電路 振蕩電路對于單片機(jī)來說是非常重要的，沒有晶振就不能產(chǎn)生時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。單片機(jī)工作時是一條一條地從 ROM 中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。 單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益 反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體（或陶瓷振蕩器）一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖 5所示。圖中外接石英晶體（或陶瓷振蕩器）以及電容 C1或 C2構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，接在放大器的反饋回路中。電容的大小沒有嚴(yán)格的要求，但也會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和穩(wěn)定性。外接石英晶體時， C1和 C2一般取 30pf? 10pf；外接陶瓷振蕩器時， C1和 C2一般取 40pf? 10pf。本系統(tǒng)采用 12MHz 的晶振，電容 C C2取 30pf。 圖 5 振蕩電路 13 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 如圖 6所示，即為單片機(jī)最小系統(tǒng)： 圖 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 顯示部分 本次設(shè)計(jì)的顯示部分采用液晶顯示屏 LCD1602， 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點(diǎn)： 1) 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 2) 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接 口更加簡單可靠，操作更加方便。 液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 LCD1602 參數(shù)及引腳功能 LCD1602 字符型 液晶引腳圖如圖 7所示： 14 圖 7 LCD1602引腳圖 LCD1602 字符型 液晶 采用 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口 功能 說明 如表 1所示： 表 1 LCD1602引腳功能表 1602 液晶顯示屏的基本操作時序 1) 讀狀態(tài)：輸入： RS=L,RW=H,E=H 輸出： D0D7=狀態(tài)字 2) 寫指令：輸入： RS=L,RW=L,D0D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無 3) 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=H,E=H 輸出： D0D7=數(shù)據(jù) 4) 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=L,D0D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù) ? 顯示容量 :16 2個字符 ? 芯片工作電壓 :~ ? 工作電流 :() ? 模塊最佳工作電壓 : 1602 液晶顯示屏狀態(tài)字說明 如表 2所示即為 1062 液晶顯示屏狀態(tài)字： 表 2 1602液晶顯示屏狀態(tài)字說明 15 由 1602 液晶顯示屏狀態(tài)字說明表可以知道，對控制器進(jìn)行每次操作之前，都必須進(jìn)行讀寫操作，確保 STA7(D7)為 0。 RAM 地址映射圖如表 3： 表 3 RAM地址映射表 控制器內(nèi)部帶有 80*8 位（ 80 字節(jié)）的 RAM 緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如上圖所示。在 1602 液晶顯示屏上可以通過 C語言編程選擇相應(yīng)的位顯示數(shù)據(jù)。 初始化設(shè)置：顯示模式設(shè)置