畢業(yè)設(shè)計(jì) --一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p>　　題 目： 一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　Abstract………………………………………………………

2、…………………Ⅱ</p><p>　　第1章 緒論………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1頻率計(jì)概述及其頻率計(jì)的應(yīng)用……………………………………………1</p><p>　　1.1.1 頻率計(jì)的概述……………………………………………………………1</p><p>　　1.1.2數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀…

3、………………………………………………1</p><p>　　1.2數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹………………………………………………………2</p><p>　　1.2.1課題研究的目的和意義…………………………………………………2</p><p>　　1.2.2國內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀…………………………………………3</p><p>　　第2章 數(shù)

4、字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)………………………………………………………6</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求…………………………………………………………6</p><p>　　2.1.1設(shè)計(jì)的任務(wù)………………………………………………………………6</p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)的要求………………………………………………………………6</p><p&

5、gt;　　2.2設(shè)計(jì)思路……………………………………………………………………6</p><p>　　2.3方案論證與選擇……………………………………………………………7</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………10</p><p>　　3.1主系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理………………………………………………10</p&g

6、t;<p>　　3.2 信號(hào)整形電路………………………………………………………………11</p><p>　　3.2.1信號(hào)整形電路論證…………………………………………………………11</p><p>　　3.2.2過零比較器整形方案設(shè)計(jì)…………………………………………………12</p><p>　　3.3信號(hào)分頻與數(shù)據(jù)選擇電路………………………………

7、……………………13</p><p>　　3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………14</p><p>　　3.5顯示方案論證…………………………………………………………………15</p><p>　　3.5.1 LED方案……………………………………………………………………15</p><p>　　3.5.2 L

8、CD12864方案……………………………………………………………16</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………17</p><p>　　4.1軟件編程思路…………………………………………………………………17</p><p>　　4.2各個(gè)子模塊軟件設(shè)計(jì)及流程圖………………………………………………17</p>

9、<p>　　4.2.1計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………………17</p><p>　　4.2.2控制模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………………18</p><p>　　4.2.3基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)……………………………………………………19</p><p>　　4.2.4信號(hào)選擇模塊設(shè)計(jì)……………………………………

10、……………………20</p><p>　　4.3主程序段及軟件流程圖………………………………………………………21</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試……………………………………………………………………23</p><p>　　5.1調(diào)試設(shè)備………………………………………………………………………23</p><p>　　5.2硬件調(diào)試………

11、………………………………………………………………23</p><p>　　5.2.1靜態(tài)調(diào)試……………………………………………………………………23</p><p>　　5.2.2動(dòng)態(tài)調(diào)試……………………………………………………………………24</p><p>　　5. 3聯(lián)機(jī)仿真、在線動(dòng)態(tài)調(diào)試…………………………………………………24</p><

12、;p>　　第6章結(jié)論…………………………………………………………………………29</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………30</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………32</p><p>　　附錄1………………………………………………………………………………33<

13、;/p><p>　　附錄2………………………………………………………………………………34</p><p>　　附錄3………………………………………………………………………………36</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要測量工具之一，同時(shí)也是其他許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用

14、的測量儀器。它是在規(guī)定的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)把測量的脈沖數(shù)記錄下來，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來。 頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的參數(shù)之一，在許多測量方案以及測量結(jié)果中都會(huì)涉及到頻率測量的相關(guān)問題，頻率精確測量的重要性顯而易見。 在本設(shè)計(jì)中就介紹了頻率測量的原理以及一種簡易頻率計(jì)的制作方法。它的主要原理是將待測的信號(hào)用一個(gè)過零比較器進(jìn)行整形，由于待測信號(hào)未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波。過零比較器的作用就是將這些未知的信

15、號(hào)整形成方波，方波信號(hào)單片機(jī)是可以測量的，但是如果整形出來的方波信號(hào)頻率很大，此時(shí)單片機(jī)就無法測量了，因此還需要將頻率過于高的整形出來的方波信號(hào)分頻，直到它能被單片機(jī)測量為止。能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的分頻功能還是不夠的，還需要知道具體是幾分頻，這一步就要用到選擇器了，它的主要功能就是選擇單片機(jī)所要的分好頻的信號(hào)，這一步是可以通過單片機(jī)控制選擇部分來實(shí)現(xiàn)的，最后可由單片機(jī)將處理好的數(shù)據(jù)以符合顯示部分的要求發(fā)往顯示部分顯示。 本系統(tǒng)以AT89C52

16、單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制單元，通過AT89C</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C52；單片機(jī)；數(shù)字頻率計(jì)；</p><p><b>　　Abstract：</b></p><p>　　Digital cymometer is one of the important measurement tools in latter-day elect

17、ronic technology field and meanwhile the measurement instrument widely used in many other fields.Digital cymometer is to log the pulse number at stated norm time and convert to frequency which displays in digital from.

18、Frequency is the most basic electronic technology one of the parameters, in many measurement programs as well as measurement results to the frequency measurement will be involved in issues related to t</p><p&g

19、t;　　Key words: AT89C52, SCM, Digital frequency meter</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　本章主要介紹了數(shù)字頻率計(jì)的概況，本設(shè)計(jì)的目的和意義，國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，專用和通用的數(shù)字頻率計(jì)的分類。另外，對(duì)用什么芯片來實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)做了論述。</p><p>　　1

20、.1頻率計(jì)概述及其頻率計(jì)的應(yīng)用</p><p>　　頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域永恒的話題，電子技術(shù)領(lǐng)域離不開頻率，一旦離開頻率，電子技術(shù)的發(fā)展是不可想象的。為了得到性能更好的電子系統(tǒng)，科研人員在不斷地研究著頻率，CPU就是用頻率的高低來評(píng)價(jià)其性能好壞，可見頻率在電子系統(tǒng)中的重要性。</p><p>　　1.1.1 頻率計(jì)的概況</p><p>　　頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器，是

21、一種專門對(duì)被測信號(hào)頻率進(jìn)行測量的電子測量儀器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測信號(hào)的頻率f=N/T。電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測量儀器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展測量范圍，再加上提高測量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測頻上限擴(kuò)展到微波頻段。

22、 </p><p>　　1.1.2數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率；除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)

23、現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。</p><p>　　由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。在測試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，通常都是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成分、調(diào)制的或含有未知頻率分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測量不同類型的信號(hào)

24、，必須了解待測信號(hào)特性和各種頻率測量儀器的性能。微波計(jì)數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用來完成計(jì)數(shù)任務(wù)的，但制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的 計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會(huì)有所差別，比如說一些計(jì)數(shù)器可以測量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示,對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測試需要正確地選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用

25、效果。</p><p>　　1.2數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)介紹</p><p>　　1.2.1課題研究的目的和意義</p><p>　　毫無疑問，無論是在科技研究中還是在實(shí)際應(yīng)用中，頻率測量的作用都顯得尤為重要。然而傳統(tǒng)的頻率計(jì)通常采用組合電路和時(shí)序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運(yùn)行速度慢，而且測量低頻信號(hào)時(shí)不宜直接使用。隨著科技的進(jìn)步，為了較好的解決這一問題人

26、們開始運(yùn)用單片機(jī)測量頻率，它是一種基于時(shí)間或頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來的一種顯示被測信號(hào)頻率的數(shù)字測量儀器。</p><p>　　與傳統(tǒng)的測量方式相比，運(yùn)用了單片機(jī)頻率計(jì)有著體積更小，運(yùn)算速度更快，測量范圍更寬的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它能大大的降低制作成本。由于傳統(tǒng)的頻率計(jì)中有許多功能是依靠硬件來實(shí)現(xiàn)的，而采用單片機(jī)測量頻率之后，有許多以前需要用硬件才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在僅僅依靠軟件編程就能實(shí)現(xiàn)，而且

27、不同的軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，這一巨大優(yōu)勢無疑使得制作成本大大降低。</p><p>　　由于當(dāng)今科技的日新月異，人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求隨之增高，經(jīng)濟(jì)、高效、精準(zhǔn)成為人們的目標(biāo)，就頻率計(jì)來說，如果現(xiàn)如今還是像傳統(tǒng)的方式來設(shè)計(jì)并制造，那顯然不能滿足人們的要求。那么基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)必將取代傳統(tǒng)的頻率計(jì)。而它的優(yōu)勢也顯而易見，小巧輕便、集成度高、操作簡單、易于維護(hù)和修改。這些優(yōu)點(diǎn)無不滿足著人們追求經(jīng)濟(jì)、高效、精

28、準(zhǔn)的目標(biāo)。試想一下，改變程序中的幾行命令顯然要比改變電路板上的幾條連線要快的多，方便的多。</p><p>　　也正是由于基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)與傳統(tǒng)的頻率計(jì)有著那么明顯的優(yōu)勢，因此，我將數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為我的研究課題。通過設(shè)計(jì)頻率計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的檢測功能。在檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要熟悉以單片機(jī)為核心的控制單元，以檢測電路為依托的功能單元，以人機(jī)界面為媒介的交互單元。了解頻率檢測的算法及軟硬件的實(shí)現(xiàn)方式

29、。靈活應(yīng)用電子相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過程中，加深對(duì)信號(hào)檢測和信號(hào)處理的理解和認(rèn)識(shí)。這對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)都是有很大幫助的。</p><p>　　2.2國內(nèi)外數(shù)字頻率計(jì)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　電子計(jì)數(shù)器是其他數(shù)字化儀器的基礎(chǔ)，在它的輸入通道接入各種模-數(shù)變換器，再利用相應(yīng)的換能器便可制成各種數(shù)字化儀器。電子計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是測量精度

30、高、量程寬、功能多、操作簡單、測量速度快、直接顯示數(shù)字，而且易于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　它的主要實(shí)現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點(diǎn)是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。鎖相式和直接數(shù)字式都同時(shí)具有容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、小型化、模塊化和工程化的特點(diǎn)，其中，鎖相式更是以其容易實(shí)現(xiàn)相位同步的自動(dòng)控制且低功耗的特點(diǎn)

31、成為眾多業(yè)內(nèi)人士的首選，應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　電國際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。按功能分類，電子計(jì)數(shù)器有通用和專用之分。</p><p>　　通用型計(jì)數(shù)器：是一種具有多種測量功能、多種用途的萬能計(jì)數(shù)器。它可測量頻率、周期、多周期平均值、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)等；若配上相應(yīng)插件，就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可進(jìn)行長度、重量、壓力、溫度、速度等非電

32、量的測量。</p><p>　　專用計(jì)數(shù)器：指專門用來測量某種單一功能的計(jì)數(shù)器。如頻率計(jì)數(shù)器、時(shí)間計(jì)數(shù)器、特種計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、予置計(jì)數(shù)器、差值計(jì)數(shù)器、倒數(shù)計(jì)數(shù)器等。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)按頻段分類：(1)低速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＜10MHz；(2)中速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率10—100MHz；(3)高速計(jì)數(shù)器：最高計(jì)數(shù)頻率＞100MHz；(4)微波頻率計(jì)數(shù)器：測頻范圍1—80G

33、Hz或更高。</p><p>　　值得一提的是微波計(jì)數(shù)器，它是以通用計(jì)數(shù)器和頻率計(jì)數(shù)器為主配以測頻擴(kuò)展器而組成的微波頻率計(jì)。它的測頻上限已進(jìn)入毫米波段，有手動(dòng)、半自動(dòng) 、全自動(dòng)3類。系列化微波計(jì)數(shù)器是電子計(jì)數(shù)器發(fā)展的一個(gè)重要方面。</p><p>　　數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度?，F(xiàn)如今，數(shù)字頻率計(jì)已經(jīng)不僅僅是測量信號(hào)頻率

34、的裝置了，用它還可以測量方波脈沖的脈寬。在人們的生產(chǎn)生活中數(shù)字頻率計(jì)也發(fā)揮著越來越重要的作用，比如用數(shù)字頻率計(jì)來監(jiān)控生產(chǎn)過程，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，以便給人們爭取時(shí)間處理。</p><p>　　除此之外，它還可以應(yīng)用于工業(yè)控制等其它領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號(hào)的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信

35、號(hào)的頻率變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號(hào)頻率的變化，因此頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。</p><p>　　在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出的頻率變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。&l

36、t;/p><p>　　在無線通訊測試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以用來對(duì)無線電臺(tái)的跳幀信號(hào)進(jìn)行分析。</p><p>　　對(duì)于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)目前也有專用芯片可以實(shí)現(xiàn)，如利用MAXIM公司的ICM7240來設(shè)計(jì)頻率計(jì)。但由于這種芯片的計(jì)數(shù)頻率比較低，遠(yuǎn)不能達(dá)到在一些場合需要測量很高的頻率要求，而且測量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)頻率計(jì)的方

37、法可以解決這些問題，實(shí)現(xiàn)精度較高、等精度和寬范圍頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要介紹了數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，按照任務(wù)和要求得出數(shù)字頻率計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路，在此思路基礎(chǔ)上提出了兩套方案，分別畫出了方案框圖，分析了優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定方案二為本次設(shè)計(jì)的方案。</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p

38、><p>　　2.1.1設(shè)計(jì)的任務(wù)</p><p>　　1.基于單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)。</p><p>　　2.熟悉51或 AVR單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C語言編寫工程文件。</p><p>　　3.熟練應(yīng)用所選用單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源，以及軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法。</p><p>　　4.自行構(gòu)建基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)

39、，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.了解數(shù)字頻率計(jì)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，以及人機(jī)交互模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　6.學(xué)習(xí)數(shù)字檢測頻率計(jì)算法的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　1.完成單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；</p><p>　　2.精確完成頻率檢測的設(shè)

40、計(jì)和實(shí)現(xiàn)（精度要求：檢測1V-5V頻率在1Hz-1MHz周期信號(hào)的周期，誤差不超過1%）；</p><p>　　3.完成軟件對(duì)硬件檢測和調(diào)試工作；</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)區(qū)別于專用數(shù)字頻率計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，此數(shù)字頻率計(jì)屬于通用型，要求比較常見，應(yīng)該具有的功能提出了以下

41、設(shè)計(jì)思路：</p><p>　　1、穩(wěn)壓電源模塊：考慮到供電穩(wěn)定性，儀器使用壽命，本設(shè)計(jì)采用了三端穩(wěn)壓器，當(dāng)外部忽然斷電時(shí)，憑借三端穩(wěn)壓器的強(qiáng)大功能，可以在一定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的電源，防止儀器的損壞和數(shù)據(jù)丟失。</p><p>　　2、信號(hào)整形模塊：考慮到單片機(jī)可以處理方波，待測信號(hào)的位置性，我們需要一個(gè)信號(hào)整形模塊，本設(shè)計(jì)采用了過零比較器，將這些未知的信號(hào)整形成方波，使得單片機(jī)能夠處理。&

42、lt;/p><p>　　3、分頻處理模塊：由于常用的單片機(jī)都是12M的晶振，通過計(jì)算單片機(jī)能處理的最大頻率是500KHZ，達(dá)不到1MHZ的要求，這里就存在一個(gè)分頻的問題，如何把更高頻率的信號(hào)縮小成單片機(jī)能處理的信號(hào)。</p><p>　　4、數(shù)據(jù)選擇模塊：由于上面采用了分頻器，那么如何讓我們的系統(tǒng)知道分頻器采用了幾分頻，就像萬用表有檔位的問題一樣。我們這就需要一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器來做分頻器的檔位選擇

43、，使系統(tǒng)可以算出最后的準(zhǔn)確結(jié)果。</p><p>　　5、單片機(jī)模塊：單片機(jī)是時(shí)鐘信號(hào)的來源，由內(nèi)部晶振電路產(chǎn)生。本系統(tǒng)以單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制單元，通過單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件的控制來實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的信號(hào)頻率采集、測量、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、以及顯示最終結(jié)果的功能。</p><p>　　6、數(shù)據(jù)顯示模塊:本設(shè)計(jì)作為一個(gè)頻率計(jì)儀表，系統(tǒng)測量出來的結(jié)果必須以數(shù)字或圖像的形式顯示出來，必然需要數(shù)據(jù)顯示模塊。&

44、lt;/p><p>　　2.3方案論證與選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　方案一主要由四個(gè)部分組成：信號(hào)整形部分、單片機(jī)控制部分、時(shí)基電路部分、數(shù)據(jù)鎖存部分、和數(shù)據(jù)顯示部分。整體框圖如圖2.1所示。</p><p>　　方案一基本流程：待測信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，信號(hào)整形部分會(huì)將其整形成脈沖，另一

45、方面，時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基脈沖，在其上升沿達(dá)到1s時(shí)結(jié)束計(jì)數(shù)。而在這1秒內(nèi)測得的整形后的脈沖頻率就是待測信號(hào)的頻率。之后單片機(jī)送數(shù)據(jù)鎖存，并等待命令，若繼續(xù)測量則返回測量，此時(shí)仍可將數(shù)據(jù)送顯示，若無繼續(xù)測量命令則，直接送數(shù)據(jù)顯示。</p><p>　　方案一優(yōu)缺點(diǎn)：這個(gè)方案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器是否能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的脈沖。實(shí)際上，在現(xiàn)實(shí)中是很難做到精確1s的。因此，如果這點(diǎn)把握不好將直接影響最后的

46、精度。較為合理的解決辦法是，做實(shí)物時(shí)可以選擇其電容電阻的參數(shù)設(shè)定，用示波器先進(jìn)行測量，直到取得較為滿意的結(jié)果。還有一個(gè)問題就是在測量</p><p>　　圖2.1 方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　某一段頻率時(shí)很有可能會(huì)出現(xiàn)偏差，如果它在某一段內(nèi)都出現(xiàn)相同差值的偏差，我們可以進(jìn)行人為的補(bǔ)償，這樣可以最大限度提高精確度。</p><p><b>　　方

47、案二：</b></p><p>　　方案二由五個(gè)部分組成：信號(hào)整形部分、分頻處理部分、數(shù)據(jù)選擇部分、單片機(jī)部分和數(shù)據(jù)顯示部分。整體框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 方案二結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　方案二工作流程：待測信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，信號(hào)整形部分會(huì)將其整形成脈沖，經(jīng)過分頻器。分頻器出來得到兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)給選擇器，一個(gè)給單片機(jī)，數(shù)據(jù)選擇器

48、處理過后也將信號(hào)給單片機(jī)經(jīng)過處理、運(yùn)算，最后將數(shù)據(jù)送給顯示部分，以用戶需要的形式顯示出來。</p><p>　　方案二優(yōu)缺點(diǎn)：是利用了分頻器應(yīng)對(duì)大量程的測量，相比于方案一它的優(yōu)勢是，如果待測頻率不大的話，是不用進(jìn)行分頻的，即直接測量。這樣就不存在方案一當(dāng)中遇到的問題。但是方案二也有它的缺點(diǎn)，就是當(dāng)待測頻率較大時(shí)要進(jìn)行分頻，這樣做是對(duì)原頻率的破壞，很可能會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。</p><p>　

49、　方案比較：這兩種方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)，雖然在理想狀態(tài)下兩種方案都是可行的，但是，在本次設(shè)計(jì)中考慮到在目前的實(shí)驗(yàn)條件下難以使用555定時(shí)器做到較為精準(zhǔn)的1s計(jì)時(shí)，而且在測量小頻率時(shí)，方案二可以避免破壞原頻率而得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)初衷也是通用型的，簡單實(shí)用符合要求就好，不必要的盡量省去，通過慎重考慮最終還是采用了方案二。</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本章是

50、本文的核心內(nèi)容，主要介紹的是系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。我們采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，一開始是系統(tǒng)框圖及框圖介紹，然后針對(duì)系統(tǒng)的工作原理和各個(gè)硬件模塊的原理和電路進(jìn)行了具體的介紹。還對(duì)各種器件的選擇（如顯示模塊）做了詳細(xì)的分析。</p><p>　　3.1主系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)除了達(dá)到最基本測量頻率的功能外還必須要有一定精度，一定的測量范圍和一定的

51、適應(yīng)波形。主系統(tǒng)的框架圖如圖3.1所示。整體電路包含了以下部分，分別是穩(wěn)壓電源模塊、信號(hào)整形模塊、分頻處理模塊、數(shù)據(jù)選擇</p><p><b>　　圖3.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　模塊、單片機(jī)模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊以及其他輔助電路。系統(tǒng)時(shí)鐘采用內(nèi)部晶振方式，約為12MHz。</p><p>　　本數(shù)字頻率計(jì)的工作原理：待測信號(hào)通過接

52、口輸入信號(hào)整形部分LM311，整流模塊LM311將未知信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的方波，整流出來的方波通過分頻器CD4518，然后信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)選擇器74LS151，數(shù)據(jù)選擇器74LS151將最后的選擇結(jié)果傳輸給單片機(jī)AT89C52，此時(shí)由單片機(jī)AT89C52來控制選擇不同的分頻信號(hào)，并將信號(hào)的頻率計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的顯示代碼發(fā)往液晶顯示器12864LCD輸出顯示結(jié)果。</p><p>　　3.2 信號(hào)整形電路</p&

53、gt;<p>　　3.2.1信號(hào)整形電路論證</p><p>　　我們可以有很多種方法將未知轉(zhuǎn)換成方波，例如我們學(xué)過的施密特觸發(fā)器，傳統(tǒng)的運(yùn)放，以及過零比較器等等。施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持。 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩。施密特觸發(fā)器的電路連接圖如圖3.2所示</p>&l

54、t;p>　　圖3.2 施密特觸發(fā)器</p><p>　　慢的周期性信號(hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度達(dá)到某一值時(shí)，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。由傳統(tǒng)運(yùn)放組成的能將信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖的電路連接如圖3.3所示。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中我選用的是過零比較器，此過零比較器由一個(gè)LM311構(gòu)成， </p><p>　　

55、它可以將正弦波變成所需要的方波，而且LM311的轉(zhuǎn)換速度為200ns，帶寬增益為</p><p>　　4MHz，符合本設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　圖3.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.2.2過零比較器整形方案設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)轉(zhuǎn)換電路主要由LM311構(gòu)成，如下圖3.4所示：它是一個(gè)過零比較器，其1腳接地，2腳作為輸

56、入端，3腳與1腳相連并接一個(gè)阻值為1K的滑動(dòng)變阻器。4腳與8腳分別接-12V及+12V直流電壓。5，6腳懸空，7腳作為輸出端，并接一個(gè)5K的上拉電阻及+5V直流電壓。這樣，當(dāng)正弦信號(hào)通過這個(gè)過零比較器的時(shí)候，將會(huì)被處理 </p><p>　　圖3.4過零比較器的仿真模型</p><p>　　成方波輸出?？紤]待測頻率可能較高，而LM311的轉(zhuǎn)換速度200ns，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

57、 </p><p>　　3.3 信號(hào)分頻與數(shù)據(jù)選擇電路</p><p>　　分頻與數(shù)據(jù)選擇是由兩個(gè)部分組成的，即分頻部分和數(shù)據(jù)選擇部分。</p><p>　　分頻部分我選用的是CD4518如圖3.5所示。CD 4518采用并行進(jìn)位方式，只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次：當(dāng)Q1為1，Q4為0時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=1時(shí)

58、，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次；當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1時(shí)，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài) （“0”態(tài)）開始計(jì)數(shù)，每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)單元便自動(dòng)回復(fù)到“0”態(tài)。 </p><p>　　利用這一性質(zhì)我們就可以通過兩片CD4518芯片得到十分頻、一百分頻、

59、一千分頻、一萬分頻的脈沖信號(hào)。</p><p>　　數(shù)據(jù)選擇部分我選用的是74LS151，其引腳圖如圖3.6所示。74LS151為互補(bǔ)輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器。使能端為1時(shí)，不論引腳9、10、11狀態(tài)如何，均無輸出，多</p><p>　　圖3.5 CD4518引腳圖 圖3.6 74LS151</p><p&g

60、t;　　路開關(guān)被禁止。使能端為0時(shí)，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼，即引腳9、10、11的狀態(tài)選擇I0到I7中某一個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端。如此說來只需將原信號(hào)接I0，再分別將分頻器分出的十分頻、一百分頻、一千分頻、一萬分頻的脈沖信號(hào)接八路模擬開關(guān)74LS151的I1、I2、I3、I4、I5口，使用單片機(jī)通過引腳11、10、9控制74LS151來選擇不同分頻信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)所要功能了。具體連接方式如圖3.7所示。</p><

61、;p>　　3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)為AT89C52單片機(jī)，系統(tǒng)主要由晶振電路，復(fù)位電路與單片機(jī)芯片組成。</p><p>　　晶振電路由一個(gè)12M的晶振外加兩個(gè)30pf的電容組成。由晶振兩端引出的兩個(gè)引腳和單片機(jī)的X1和X2相連。</p><p>　　復(fù)位電路由一個(gè)按鍵，兩個(gè)電阻，和一個(gè)電容組成，兩個(gè)電阻的阻值分別為

62、100歐姆和10K歐姆，其中10K歐姆的電阻要求與地相連。復(fù)位電路與單片機(jī)上的RESET腳相連。</p><p>　　單片機(jī)上的INT0管腳作為信號(hào)的輸入端，P20—P23口作為與LCD連接的接口，以便控制其顯示。具體的連接方法如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.7 分頻數(shù)據(jù)選擇器</p><p>　　如圖3.8 單片機(jī)系統(tǒng)</p><

63、;p>　　3.5 顯示方案論證</p><p>　　3.5.1 LED方案</p><p>　　七段數(shù)碼管，如圖3.9所示。對(duì)于LED七段數(shù)碼管，有其自身的優(yōu)勢，如無汞、節(jié)能、節(jié)材、對(duì)環(huán)境無電磁干擾、無有害射線等。此外，LED七段數(shù)碼管采用低壓供電,無高壓環(huán)節(jié)，為了絕緣的開銷要小很多，比較經(jīng)濟(jì)，而且可靠性高。它附件簡單，無啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器或超高壓變壓器。結(jié)構(gòu)簡單，具有固體光源的最大優(yōu)點(diǎn)

64、，不充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊。而且編程簡單，使用壽命長。色彩純厚，由半導(dǎo)體PN結(jié)自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚，柔和不刺眼。無需維護(hù)，10萬小時(shí)壽命，可以使用50年，大大減少使用期間的維護(hù)費(fèi)用。但是它的字符顯示能力有限，無法根據(jù)用戶的要求顯示更為復(fù)雜的文字。</p><p>　　3.5.2 LCD12864方案</p><p>　　液晶顯示器LCD12864，如圖3.10所示。對(duì)

65、于液晶顯示器來說液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖3.9 七段數(shù)碼管 圖3.10 12864LCD</p><p>　　帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字

66、庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也

67、略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。</p><p>　　綜合各方面的考慮，在本次設(shè)計(jì)中我采用的帶中文字庫的12864LCD液晶顯示器。</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)軟件部分采用了MCS-51匯編語言編制，采用了結(jié)構(gòu)化，模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。包括了主程序、外部中斷0子程序、外部中斷1子程序、IC卡與

68、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫軟件設(shè)計(jì)、顯示子程序等模塊組成。本章還給出了詳細(xì)的流程圖。具體程序見附錄B。</p><p><b>　　4.1軟件編程思路</b></p><p>　　首先，系統(tǒng)要初始化。接著要使用一個(gè)循環(huán)做延時(shí)程序，算出益處的終端個(gè)數(shù)，此時(shí)控制74LS151選擇需要的通道聯(lián)通，通道的選擇要盡量考慮到單片機(jī)所能計(jì)算的頻率值，然后記下分頻倍數(shù)作為后期處理數(shù)據(jù)之用。

69、若采用了分頻，則將單片機(jī)算出的數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)的分頻數(shù)使其還原為最初頻率，若沒有分頻，則將數(shù)據(jù)直接處理為符合12864LCD顯示的數(shù)據(jù)送顯示模塊顯示。</p><p>　　4.2各個(gè)子模塊軟件設(shè)計(jì)及流程圖</p><p>　　4.2.1計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)數(shù)模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，本系統(tǒng)的主要工作都是由它來完成的。當(dāng)計(jì)數(shù)模塊開始工作，首先檢測一下模塊的輸

70、入復(fù)位信號(hào)是否有效為高電平，如果有效，則將模塊內(nèi)的變量復(fù)位，同時(shí)將輸出信號(hào)復(fù)位。如果不是處于復(fù)位的狀態(tài)，則先判斷被測信號(hào)是否大于20MHz，如果大于20MHz，則采用直接測頻法進(jìn)行測量;反之，則檢測預(yù)置門控信號(hào)是否有效，即START是否為高電平，如果該信號(hào)滿足是高電平的條件，則要檢測被測信號(hào)的上升沿是否來到，如果上升沿來到，則同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)模塊內(nèi)的兩個(gè)計(jì)數(shù)器，對(duì)被測信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)同時(shí)開始計(jì)數(shù);直到預(yù)置門控信號(hào)的下降沿到來，同時(shí)將兩個(gè)計(jì)

71、數(shù)器停止計(jì)數(shù)，然后，輸出使能信號(hào)，通知單片機(jī)來讀取計(jì)數(shù)結(jié)果。</p><p>　　計(jì)數(shù)模塊主要是用內(nèi)部的兩個(gè)計(jì)數(shù)器在預(yù)置門控時(shí)間內(nèi)對(duì)被測信號(hào)和時(shí)基信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，而完成頻率測量工作的。測量完成后，向單片機(jī)輸出計(jì)數(shù)結(jié)果和輸出使能信號(hào)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、處理，如果這次的計(jì)數(shù)結(jié)果符合測量的精度要求，則將計(jì)數(shù)結(jié)果送往下面的顯示模塊將其顯示出來;如果計(jì)數(shù)結(jié)果達(dá)不到量程、精度等要求，則通知控制模塊做出調(diào)整，重新進(jìn)行測量，直

72、到各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求為止。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的測量范圍是0. 1Hz-50MHz，范圍比較寬，為了保證測量精度，該系統(tǒng)采用了兩種方法相結(jié)合的辦法，來解決問題。不但保證了系統(tǒng)在低頻階段實(shí)現(xiàn)了較高的測量精度，而且在高頻階段用比較簡單的方法得到了較高的測量精度，從而在整體上提高了系統(tǒng)的測量精度。計(jì)數(shù)模塊流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1計(jì)數(shù)模塊流程圖</p><p>　　4.2.2控制模

73、塊設(shè)計(jì)</p><p>　　控制模塊是整個(gè)測頻系統(tǒng)的控制部分，它控制著系統(tǒng)其它模塊的工作，控制著整個(gè)系統(tǒng)測量工作的開始。</p><p>　　在整個(gè)系統(tǒng)測量工作過程中，控制模塊控制其開始，并控制其它模塊的工作情況。要使控制模塊工作需要三個(gè)條件:首先必須產(chǎn)生控制模塊的時(shí)鐘(當(dāng)開始脈沖寬度大于模塊時(shí)鐘一個(gè)周期時(shí));接著初始化模塊電路的CLR(復(fù)位信號(hào))、SEL(設(shè)定選擇信號(hào))等;最后對(duì)CLR的

74、狀態(tài)進(jìn)行檢測。當(dāng)CLR=‘1’時(shí)，先復(fù)位其內(nèi)部的變量，然后輸出CLR信號(hào);當(dāng)CLR= `0’時(shí)，這時(shí)輸出頻率開始測量CLK信號(hào)，以便測頻系統(tǒng)開始工作。</p><p>　　控制模塊流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2控制模塊流程圖</p><p>　　4.2.3基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊主要產(chǎn)生

75、信號(hào)選擇模塊需要的基準(zhǔn)時(shí)間(閘門時(shí)間)以及為控制模塊提供時(shí)鐘。當(dāng)模塊檢測到該模塊的復(fù)位脈沖信號(hào)有效時(shí)，首先將本模塊內(nèi)的變量復(fù)位，然后產(chǎn)生模塊輸出復(fù)位信號(hào)，用于下一個(gè)模塊。隨后，當(dāng)模塊將檢測到輸入的開始信號(hào)START有效時(shí)，模塊先輸出模塊復(fù)位信號(hào)，對(duì)后面的模塊進(jìn)行復(fù)位;然后檢測輸入復(fù)位脈沖信號(hào)RESET是否有效，如果有效，則將本模塊內(nèi)的變量復(fù)位，然后產(chǎn)生模塊輸出復(fù)位信號(hào);如果無效，則完成分頻工作。</p><p>

76、　　基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊流程圖</p><p>　　4.2.4信號(hào)選擇模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)選擇模塊首先檢測模塊的輸入復(fù)位信號(hào)RESET是否為高電平，如果是高電平的話，則進(jìn)行模塊的復(fù)位操作，復(fù)位成初始化的狀態(tài)，并且輸出復(fù)位脈沖信號(hào)。如果不是處于復(fù)位狀態(tài)，則根據(jù)初始化的狀態(tài)選出一個(gè)信號(hào)，當(dāng)作時(shí)

77、基信號(hào)。然后檢測控制模塊的狀態(tài)，如果為高電平，則將選擇信號(hào)的狀態(tài)加一;如果為低電平，則將其狀態(tài)減1，直到最后選到合適的信號(hào)。信號(hào)選擇模流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4信號(hào)選擇模塊流程圖</p><p>　　4.3主程序段及軟件流程圖</p><p>　　測量頻率之前需要計(jì)算在10ms延時(shí)內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)還需要知道是否經(jīng)過了分頻以及分頻了多少次，

78、這一步通過數(shù)據(jù)選擇部分就能夠知道。算出分頻的次數(shù)，在最后數(shù)據(jù)處理的時(shí)候相應(yīng)的還原最初頻率。至于一個(gè)周期的時(shí)間我們可以通過測量兩個(gè)下降沿的時(shí)間來知道，最后將處理好的數(shù)據(jù)送顯示部分顯示。</p><p>　　軟件流程圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 軟件流程圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真</p><p>　　一個(gè)完

79、整的系統(tǒng)，首先要完成硬件組裝工作，然后進(jìn)入軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試和硬件調(diào)試階段.硬件組裝就是在設(shè)計(jì)、制作完畢的印制板上焊好元件與插座，然后就可用仿真開發(fā)工具進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試和硬件調(diào)試工作。本章主要介紹了靜態(tài)調(diào)試步驟與方法，聯(lián)機(jī)仿真與動(dòng)態(tài)調(diào)試。另外，還概述了調(diào)試中發(fā)現(xiàn)一些系統(tǒng)存在的問題及其補(bǔ)救辦法。</p><p><b>　　5.1調(diào)試設(shè)備</b></p><p>　　PC

80、機(jī)一臺(tái)，80C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，萬用表，示波器，導(dǎo)線若干等</p><p><b>　　5.2硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。由于實(shí)驗(yàn)室沒有AT89C52，在這里我們用AT89C51代替。</p><p>　　硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。

81、</p><p><b>　　5.2.1靜態(tài)調(diào)試</b></p><p>　　靜態(tài)調(diào)試工作分為兩步:第一步是在通電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查線路是否連接正確，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線)是否存在短路或與其他信號(hào)線的短路。第二

82、步是加電后檢查各芯片插座上有關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測量各點(diǎn)電平是否正常，尤其應(yīng)注意芯片插座的各點(diǎn)電位，若有高壓，與在線仿真器連機(jī)調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞在線仿真器。</p><p><b>　　具體步驟如下:</b></p><p><b>　　(l)電源檢查</b></p><p>　　當(dāng)電路板連接或焊接完成后，先不插主要元器件，通

83、上電源。常用+SV直流電源，用萬用表電壓檔測試各元器件插座上相應(yīng)電源引腳電壓數(shù)值是否正確，極性是否符合。如有錯(cuò)誤，要及時(shí)檢查、排除，以使每個(gè)電源引腳的數(shù)值都符合要求。</p><p>　　(2)各元器件電源檢查</p><p>　　分別插入，分別通電，并逐一檢查每個(gè)元器件上的電源是否正確，直至最后插上全部元器件，通上電源后，每個(gè)元器件上電源應(yīng)正確無誤。</p><p&g

84、t;　　(3)檢查響應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系</p><p>　　檢查相應(yīng)芯片的邏輯關(guān)系通常采用靜態(tài)電檢查法。即在一個(gè)芯片信號(hào)輸入端加一個(gè)響應(yīng)電平，檢查輸出電平是否正確。單片機(jī)系統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先檢查選用的元器件是否符合要求，邏輯設(shè)計(jì)是否正確，元器件連接關(guān)系是否符合要求等。</p><p>　　5.2.2 動(dòng)態(tài)調(diào)試 </p><p>　　動(dòng)態(tài)調(diào)試是在

85、用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。在本設(shè)計(jì)中，由于該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，所以動(dòng)態(tài)調(diào)試采用了分模塊調(diào)試的辦法。調(diào)試過程中，分為信號(hào)處理模塊、顯示電路模塊、報(bào)警電路模塊、電源模塊模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊等進(jìn)行了分別調(diào)試。 </p><p>　　5.3聯(lián)機(jī)仿真、在線動(dòng)態(tài)調(diào)試</p><p>　　在靜態(tài)調(diào)試中，對(duì)硬件進(jìn)行了初步調(diào)試

86、，只是排除了一些明顯的靜態(tài)故障。硬件故障(如各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤)主要是靠連機(jī)在線仿真來排除的。在斷電情況下，除芯片外，插上所有的元器件，并把在線仿真器的仿真插頭插入樣機(jī)上芯片的插座，然后與開發(fā)系統(tǒng)的仿真器相連，分別打開樣機(jī)和仿真器電源后便可開始連機(jī)在線仿真調(diào)試。先將引腳鎖定，再將各模塊的程序下載到仿真器中，顯示及鍵盤控制模塊的程序燒錄到芯片中，然后接通電源和地進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。</p

87、><p>　　為了驗(yàn)證電路的設(shè)計(jì)是否可行，需要根據(jù)自己的電路設(shè)計(jì)做仿真，如下圖5.1就是該過零比較器在multisim軟件上的仿真圖，而圖5.2是運(yùn)行電路后的仿真波形，由圖5.2可以看出當(dāng)正弦波處于零電位以上的時(shí)候，經(jīng)過過零比較器仿真出高電平，</p><p>　　圖5.1 過零比較器仿真</p><p>　　圖5.2過零比較器的輸入波形和輸出波形比較</p&g

88、t;<p>　　當(dāng)正弦波處于零電位以下的時(shí)候，過零比較器仿真出的就是低電平，需要特別說明的是，高低電平轉(zhuǎn)換的瞬間恰好是正弦波由正電位轉(zhuǎn)換為負(fù)電位或者由負(fù)電位轉(zhuǎn)換為正電位的時(shí)候，因此我們可以認(rèn)定電路的設(shè)計(jì)是完全正確的。</p><p>　　以下如圖所示是搭建實(shí)物電路后用數(shù)字示波器記錄的輸出波形 </p><p>　　圖5.3 數(shù)字示波器實(shí)際測量電路</p>&l

89、t;p>　　測試結(jié)果：如表1所示</p><p>　　表格1 實(shí)際測量記錄</p><p><b>　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)所做的數(shù)字頻率計(jì)具有比較好的測量精度，較寬的頻率范圍，具有一定的實(shí)用價(jià)值。為了了解數(shù)字頻率計(jì)的工作原理，并且進(jìn)一步復(fù)習(xí)了電路仿真技術(shù)，動(dòng)手能力得到鍛煉和提高。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，

90、自己知識(shí)的很多漏洞，認(rèn)識(shí)到自己的思維還是不夠活躍。本次課程設(shè)計(jì)過程中雖然遇到一些阻礙，但通過不懈的努力，最終還是克服了這些困難，體味到設(shè)計(jì)電路、連接電路、調(diào)測電路過程中的樂苦與甜,提高了自身獨(dú)立思考克服困難的能力。這一過程磨練了我的意志，永不放棄對(duì)于科學(xué)真理的追求!</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)畢業(yè)生大學(xué)四年所學(xué)技能的檢測，這次設(shè)計(jì)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)

91、電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識(shí)掌握的不牢。正所謂，書到用時(shí)方恨少。就是在這個(gè)反反復(fù)復(fù)過程中，不斷地修改修正，設(shè)計(jì)能夠一點(diǎn)一點(diǎn)得完善，令人感到由衷的快樂，沒有付出，哪有回報(bào)!在實(shí)踐中得到鍛煉是年輕人最大的財(cái)富! 當(dāng)然，這是在所有元器件都是理想狀態(tài)下所得到的結(jié)論，在實(shí)際生活中是難以做到如此理想狀態(tài)的，而且時(shí)間上也比較倉促，很多細(xì)節(jié)沒有考慮周全經(jīng)驗(yàn)也不足。因此在我設(shè)計(jì)的過程

92、中就不可避免的遇到了一些問題。比如說在信號(hào)轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)上，最初的設(shè)計(jì)中在MULTISIM上做的仿真是完全沒有問題的，但是真正在連接硬件的時(shí)候就出現(xiàn)了問題，根本無法將正弦波整形得到方波信號(hào)，只能重新設(shè)計(jì)過零比較器。</p><p>　　再者，通過分頻測量信號(hào)的頻率，在信號(hào)經(jīng)過分頻的時(shí)候，沒有對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步的處理，這對(duì)結(jié)果的精確度一定是有影響的。因此本設(shè)計(jì)的以上部分需要進(jìn)一步完善，對(duì)于程序的設(shè)計(jì)如何能夠更加完善優(yōu)化

93、，將是后續(xù)階段需要考慮的問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]何立民.《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995.</p><p>　　[2]陳明熒.《8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材》北京：清華大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[3]何

94、立民.《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編》北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[4]彭容修，劉泉，馬建國.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》湖北：武漢理工大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[5]李全利.《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》北京：高等教育出版社，2004.</p><p>　　[6]萬福君.《單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，200

95、4.</p><p>　　[7]張毅坤，陳善久，裘雪紅.《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》西安：西安電子科技大學(xué)出版 社，1998.</p><p>　　[8]康華光，鄒壽彬，秦臻.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》 數(shù)字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.1（2008重?。?lt;/p><p>　　[9]艾紅,王捷.數(shù)字頻率計(jì)中C語言編程的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),200

96、2（Z1）:7-8.</p><p>　　[10]徐江豐,陳曦.相關(guān)計(jì)數(shù)法數(shù)字頻率計(jì)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)(上海),2003(4):16-18.</p><p>　　[11]郝建國，劉立新，黨建華. 基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J]. 西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，</p><p><b>　　8(3):1～7.</b></p>

97、<p>　　[12]馮雷星，楊偉，蘆艷龍.基于單片機(jī)高性價(jià)比頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].2007,23(7).</p><p>　　[13]羅怡，張璐，馬玖凱.一種寬輸入范圍高精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009(15):17-19.</p><p>　　[14]金琳.基于EDA技術(shù)的頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì):〔碩士學(xué)位論文〕.吉林大學(xué):電路</p><p>

98、;<b>　　與系統(tǒng)，2007.</b></p><p>　　[15]吳建新.基于量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2007，(9):</p><p><b>　　56-57.</b></p><p>　　[16]魏西峰.全同步數(shù)字頻率測量方法的研究[J1.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005，30(8):</p&g

99、t;<p><b>　　76-79.</b></p><p>　　[17]Michael D.ciletti. Advanced digital design with the verilogHDL .PEARSON, 2004.</p><p>　　[18]Carison S. VHDL Design(Representation& Synth

100、esis) [M].USA: Prentice Hall,2000.</p><p>　　[19]David C. Fundamentals of Elect ronic Circuit Design.[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004.</p><p>　　[20]Ibrahim，Khalid M.，Jaafar，Maha A.S.，Abdul-Karim， Majid A.

101、H.[M ].International Journal of Electronics，1985，Vol.59 ：193-197.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p>　　AT89C52引腳功能說明：</p><p><b&

102、gt;　　·Vcc：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：地</b></p><p>　　·P0 口：P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。</p><p

103、>　　·P1 口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。</p><p>　　·P2 口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸

104、收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。</p><p>　　·P3 口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口

105、。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。</p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　·ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可

106、對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。</p><p>　　·PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。</p><p>　　·EA/VPP

107、：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b&

108、gt;　　附錄2</b></p><p><b>　　源程序：</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <string.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p>

109、<p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　　unsigned int data tt,flag,n;</p><p>　　//////////////////////</p><p>　　//LCD12864程序&l