基于单片机的频率计设计

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1、 毕 业 论 文（设 计）题 目 基于单片机的频率计设计 英文题目 The design of frequency meter based on single chip - 1 -摘 要频率计，也称为频率表或电子计数器。它不仅是电子测量和仪表专业领域中测量频率与周期、测量频率比和进行计数、测时的重要仪器，并且要比示波器测频更以便、经济得多，特别是现代电子计数器产品与组件和具有多种测量功能的数字频率计，已广泛应用于计算机系统、通讯广播设备、生产过程自动化测控装置、带有LED、LCD数字显示单元的多种仪表以及诸多的科学技术领域。可以说随着着数字化技术的发展，电子计算机、通讯设备、音频和视频技术进入

2、科研、生产、军事技术和经济生活领域，直至家庭和个人，使得电子计数器和测频手段与上述电子设备耦连为形影不离的技术。以单片机AT89C51为核心设计了一种频率计。在设计中应用单片机的数学运算和控制功能，克服了一般数字频率计在低频精度不高的缺陷；频率计一方面以单片机内部的定期/计数器产生1S定期作为控制闸门信号，然后把被测信号放大整形后的方波脉冲信号的周期作为计数，从而求得被测信号的频率值，最后通过八位动态显示电路显示数值。电路重要由如下三部分构成：a.AT89C51单片机。它是频率计的核心，大部分工作由它完毕；b.放大整形电路。为频率测量作好准备；c.显示电路。用于显示频率值。核心词：单片机；频率

3、计；显示- 3 -The design of frequency meter based on single chipAbstrac Frequency, also known as frequency counter or electronic form. It is not only electronic measurement instruments and professional in the field of measuring frequency and the cycle than the frequency of measurement and counting, the i

4、mportant measurement instruments, oscilloscopes and measuring frequency than more convenient, more economic, especially the modern electronic counter products and components And a variety of measurements of the digital frequency, has been widely used in computer systems, radio communication equipmen

5、t, automated production process measurement and control devices, with LED, LCD modules figures show that the number of instruments and many scientific and technical fields. It can be said that along with the development of digital technology, computers, communications equipment, audio and video tech

6、nology into the research, production, military technology and economic spheres of life, until the families and individuals, making electronic means of measuring frequency counter and the electronic equipment and even for the decoupling Inseparable technology. I have designed one kind of frequency me

7、ter which regarded Single-Chip Microcomputer AT89C51 as the core.The mathematical operation of applying in designing Single-Chip Microcomputer and controlling the function, has overcome the general digital frequency meter in the shortcoming not high of the precision of low frequency; frequency meter

8、 at first with timing of Single-Chip Microcomputer / counter 1S produces as controlling the gate signal regularly.Then examine signal is it have a facelift square wave cycle conduct of pulse signal after count to amplify, is it examine into frequency value of signal to try to get , show through 8 ci

9、rcuit display number value dynamically finally.The circuit is made up of three following parts mainly: a.AT89C51 Single-Chip Microcomputer. It is a core of the frequency meter, most work are finished by it; b.Enlarge and have a facelift the circuit. Prepare for frequency measurement; c. the display

10、circuit. Used for showing frequency value.Key Words: Single-Chip Microcomputer; Frequency Meter; Display 目 录Abstract. III引言1第1.章 概述1.1. 频率计的定义.11.2. 频率计的发展与应用.11.3. 频率计的设计内容.1第2.章 系统总体方案设计2.1. 设计方案.22.2. 方案论证及选用根据.32.3. 频率测量的原理.32.4. 总体思路.42.5. 具体模块.4第3.章 硬件电路的具体设计3.1. AT89C51主控制器模块.53.2. 单片机的定期计数.1

11、03.3. 电源模块.113.4. 放大整形模块.163.5. 分频设计模块.153.6. 显示模块.17第4.章 系统的软件设计4.1. 软件模块设计.204.2. 中断服务子程序.214.3. 显示子程序.224.4. 应用软件简介22第5.章 总结.23参照.25附录26引言1概述在电子测量领域中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量成果均有十分密切的关系,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制等方面均有较广泛的应用。测量频率的措施有多种,其中电子计数测量频率具有精度高、使用以便、测量迅速,以及便于实现测量自动化等长处,是频率测量的重要手段之一。由于大规模和超大规

12、模数字集成电路技术、数据通信技术和单片机技术的结合，频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。在国内，单片机已不是一种陌生的名词，它的浮现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一种重要分支，其应用范畴很广，发展也不久，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号解决等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范畴十分广泛。在电子计数测频原理的基本上，简介一种由AT89C51单片机控制的，运用单片机强大的运算能力而设计的高精度八位数字显示频率计。频率

13、计中重要元器件是单片机AT89C51，由它完毕看待测信号频率的计数和成果显示等功能，外部有分频器、显示屏等器件。被测信号一方面通过放大、整形后再由分频器进行分频，然后送入单片机的T0端口并开始计数，分频器的分频系数由单片机来控制；计数、分频达到规定的精度后结束计数，然后调用显示子程序，显示成果。分频、频率的计算和显示由单片机控制。运用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一种简易的频率计可以粗略的测量出被测信号的频率。 参数规定如下：a) 测量范畴1KHZ99KHZ；b) 用八位数码管显示测量值；c) 能根据输入信号自动切换量程；d) 可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形；2.系统总

14、体方案设计2.1 频率计的测量原理频率计重要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一种测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中通过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一种输入端。主门的此外一种输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲启动主门的期间，特定周期的窄脉冲才干通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完毕多种测量功能之间的切换并实现测量设立。频率计的原理方框图如图2-1所示。图2-1 频率计原理框图其工作过程是被测信号A(以正弦波为例)通过脉冲形成电路整形放大，转变成脉冲

15、B，其频率等于输入的正弦波信号的频率，然后将产生的脉冲信号输入到闸门的一种输入端。闸门电路的导通和截止由闸门控制信号进行控制。只有在闸门开通时间内，被测脉冲信号B才干通过闸门达到计数器进行计数，经解决后的计数成果送至LED数码管等显示屏件显示出来，就是被测信号的频率。2.2 方案论证与比较方案一：本方案重要以AT89C51单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。运用单片机的计数器和定期器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示其原理框图如图2-2所示：图2-

16、2方案一原理框图方案二：本方案使用大量的数字器件，重要以数字器件为核心，重要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分。被测信号经放大整形电路变成计数器所规定的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率相似。同步时基电路提供原则时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来届时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率Fx = NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，是显示屏上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。其原

17、理框图如图2.2所示：逻辑控制电路时基电路放大整形电路路闸门电路计数器锁存器译码显示屏图2-3 方案二原理框图比较以上两种方案可以懂得，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简朴，调试简朴只要变化程序的设定值则可以实现不同频率范畴的测试能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。如要测量高频的信号还需要加上分频电路，价格相对高了点。基于上述比较，因此选择了方案一。2.3 系统电路模块设计内容根据上述方案，频率计系统设计涉及五大模块如下：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。a) 单片机控制模块：以AT89C51单

18、片机为控制核心，来完毕它待测信号的计数，译码，和显示以及对分频比的控制。运用其内部的定期计数器完毕待测信号周期频率的测量。单片机AT89C51内部具有2个16位定期计数器，定期计数器的工作可以由编程来实现定期、计数和产生计数溢出时中断规定的功能。(AT89C51所需外围元件少，扩展性强，测试精确度高。)b) 电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源，重要为单片机、信号调理电路以及分频电路提供电源，电压规定稳定、噪声小及性价高的电源。c) 放大整形模块：放大电路是看待测信号的放大，减少看待测信号幅度的规定。整形电路是对某些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。d) 分频模块：考虑单片机AT

19、89C51内置计数器只能进行二进制加法计数，计数结束后再进行二进制转十进制运算，然后将成果送到显示缓冲区进行显示八位共阳极动态显示测量成果，可用74LS393进行计数。e) 显示模块：显示电路采用八位共阳极数码管动态显示，为了加大数码管的亮度，使用八个NPN三极管进行驱动，便于观测。3.硬件电路的具体设计基于单片机AT89C51制作的频率计, 前置放大器完毕信号的放大、电平平移的任务，被测的交流信号被放大、平移成脉冲信号，再通过74LS14施密特反相器整形形成矩形脉冲。与门74LS08作为记数闸门，方波信号被送到与门的一种输入端，与门的另一种输入端连接1S门控信号，实际制作中连接AT89C51

20、的11脚（P3.1）。当11脚为高电平是闸门打开，低电平时闸门关闭。11脚电平的高下可通过指令加以控制。闸门开通矩形脉冲送到74LS393进行记数和分频，74LS393是双四位二进制计数器，在这里接成级联方式，构成一种8位二进制计数器，同步也是分频比为256的分频器。采用74LS393的理由是：AT89C51内有两个16位的二进制计数器，一种用作定期器，另一种用作脉冲记数器。16位二进制的最大计数值为65535，不能满足精确测量的需要，虽然可以通过软件计数的措施来提高辨别率，但是AT89C51内置计数器的计数速率受500KHz（24M时钟）的限制，因此意义并不大。74LS393的最大计数速率可

21、达50MHz，与AT89C51内的T0构成24位的计数器，其最大计数值为16777215，辨别率大大提高。本电路中没有采用十进制计数，由于AT89C51内置计数器只能进行二进制加法计数，计数结束后再进行二进制转十进制运算，然后将成果送到显示缓冲区进行显示八位共阳极动态显示测量成果，可以测量正弦波、三角波及方波等多种波形的频率值。图3-1 实际电路的原理框图3.1 AT89C51主控制器模块3.1.1 AT89C51的简介AT89C51是由北京集成电路设计中心在MCS-51单片机的基本上精心设计，由美国生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机,是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的具有

22、低电压，高性能CMOS 的8位微解决器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机与MCS-51系列单片机兼容, AT89C51内部有4K字节可编程闪烁存储器, 128*8位内部RAM,两个16位定期器/计数器, 5个中断源, 32可编程I/O线及串行通道。闪烁存储器是一种可编程又可擦除只读存储器（EEPROM），给顾客设计单片机系统和单片机系统带来很大的以

23、便，深受广大顾客的欢迎。AT89C51有片内振荡器和时钟电路 ,具有低功耗的闲置和掉电模式,在空闲方式下，CPU停止工作，但容许内部RAM、定期器/计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，能保存RAM的内容，但振荡器停止工作，并严禁所有其她部件工作。工作电压范畴宽2.7V6V，全静态工作，工作频率宽，在0Hz24MHz内，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了以便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。3.1.2 引脚阐明如图3-2为AT89C51引脚图,各引脚功能阐明如下VCC:电

24、源电压；GND:地；图3-2 AT89C51单片机引脚图P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一种内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接

25、受。 P2口：P2口为一种内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口是一种具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3

26、端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的因素，将输出电流。P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，P3口功能如表3-1所示。在flash编程和校验时，P3口也接受某些控制信号。表3-1 P3口的功能表端口第一功能标记第二功能P3.0RXD 串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2/INT0外部中断0P3.3/INT1外部中断1P3.4T0记时器0外部输入P3.5T1记时器1外部输入P3.6/WR外部数据存储器写选通 P3.7/RD外部数据存储器读选通RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将

27、使单片机复位。看门狗计时完毕后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存容许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定期目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。如想严禁ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起

28、作用。此外，该引脚被略微拉高。如果微解决器在外部执行状态ALE严禁，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不浮现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管与否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的

29、输出端。3.1.3 复位电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运营的基本模块。复位电路一般分为两种：上电复位图3-3和手动复位图3-4。 图3-3 上电复位 图3-4 手动复位复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使MCS51单片机复位。复位的重要功能是把PC初始化为0000H，使MCS51单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态，为挣脱死锁状态，也需按复位键重新启动。采用上电复位，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。这种复位电路的工作原理是：通电时，电容C1

30、两端相称于短路，RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻R1对电容C1充电，RST端电压慢慢下降，降到一定电压值如下，即为低电平，只要Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位。单片机开始正常工作。复位操作的重要功能是把PC初始化为0000H，使单片机程序存储器从0000H单元开始执行程序。除PC之外，复位操作还对其他寄存器有影响，其复位状态如表3-2所示：表3-2 复位时片内各寄存器的状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HAcc00HTCON00HPSW00HTH000HB00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0-P3FFHSC

31、ON00HIPXXX00000BSBUFXXXXXXXXBIE0XX00000BPCON0XXX0000B由表可知，复位时，SP = 07H；4个I/O端口P0-P3的引脚均为高电平，这在某些控制应用中，要考虑到引脚的高电平对外部控制电路的影响。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。单片机容许的时钟频率是因型号而异的，其典型值为12MHZ。AT89C51内部有一种反相振荡放大器，XTAL1和 XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。该反向放大器可配备为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。本次采用的晶振频率为24MHZ。其时钟电路如图3-5所示。51系列单片机还可使用外

32、部时钟。在使用外部时钟时，外部时钟必须从XTAL1输入，而XTAL2悬空。Y124MC322pFC422pFXTAL1XTAL2图3-5 时钟电路图3.2 单片机的定期计数定期器/计数器是单片机的重要功能模块之一。在检测、控制及智能仪器等应用中，常用定期器作实时时钟，实现定期检测、定期控制。还可用定期器产生毫秒宽的脉冲，驱动步进电机一类的电气机械。计数器重要用于外部事件的计数。MCS-51单片机内部有两个16位可编程定期器/计数器，即定期器T0和定期器T1，它们既可以用作定期器方式，又可用作计数器方式，可编程设定4种不同的工作方式。3.2.1 定期器计数器的构造定期/计数器T0、T1由加法计数

33、器、TMOD、TCON寄存器等构成。定期/计数器的核心是16位加法计数器，定期/计数器T0的加法计数器用特殊功能寄存器TH0,TL0表达，TH0表达加法计数器的高8位，TL0表达加法计数器的低8位，TH1 、TL1则表达定期/计数器T1的加法计数器的高8位和低8位，这些寄存器可根据需要由程序读写。当16位加法计数器的输入端每输入一种脉冲，16位加法计数器的值自动加1，当计数器的计数值超过加法计数器字长所能表达的2进制数的范畴而向第17位进位，技术溢出时，定期中断祈求标志，像CPU申请中断。16位加法计数器编程的选择对内部时钟脉冲进行计数和外部输入脉冲计数。对内部脉冲计数时称为定期方式，对外部脉

34、冲计数时称计数方式。3.2.2 定期器计数器的四种工作方式a) 工作方式013位计数器T1在工作方式0的逻辑构造如图3-6所示，在这种工作方式下，16位的计数器（TH1和TL1）只用了13位构成13位定期/计数器。TL1的高3位未用，当TL1得低5位计满时，向TH1进位，而TH0溢出后对中断标志位FT1置1，并申请中断。图3-6 工作方式013位计数器方式当C/=0时，多路开关打到上位，定期/计数器的输入端接内部振荡器的12分频，即工作在定期方式，每个计数脉冲的周期等于机器周期，当定期计数器溢出时，其定期时间为T=计多次数机器周期=（-T1初值）机器周期当C/=1时，多路开关打到下位，定期/计

35、数器接外部T1引脚信号，即工作在计数方式，当外部电平发生从“1”到“0”跳变时，加1计数器加1。b) 工作方式116位计数器T1在工作方式1的逻辑图构造如图3-7所示，它与工作方式0的差别仅在于工作方式1是以16位计数器参与计数，且定期时间为T=计多次数机器周期=（-T1初值）机器周期图3-7 工作方式116位计数器方式工作方式与工作方式0基本工作过程相似，但由于工作方式1是16位计数器，因此，它比工作方式0有更宽的定期计数范畴。c) 工作方式28位自动重装入初值计数器T1在工作方式2的逻辑构造如图3-8所示。TL1用作8位计数器，TH1用来保护初值，每当TL1计数溢出时，硬件自动将TH1的值

36、装入TL1中。工作方式2 的定期时间为T=计多次数机器周期=（-T1初值）机器周期图3-8 工作方式28位自动重装初值计数器d) 工作方式32个独立8位计数器定期/计数器工作方式3是两个独立的位计数器且仅T0有工作方式3，如果把T1置为工作方式3，T1将处在关闭状态。T0工作在方式3时，TL0构成8位计数器可工作于定期/计数状态，并使用T0的控制位与TF0的中断源。TH0则只能工作于定期器状态，使用T1中的TR1、TF1的中断源。一般在系统需要增长一种额外的8位定期器时，T0可设立为工作方式3，此时T1虽定义为工作方式0、工作方式1和工作方式2，但只能用在不需中断控制的场合。3.2.3 装载初

37、值的计算当定期器/计数器工作于定期状态时，对机器周期进行计数，设单片机的晶振频率为。单位Hz，则一种机器周期为 （3-1）若定期时间为t，则相应的计多次数N= （3-2）由于MCS-51单片机的定期器计数器是加1计数器，计满回零，故相应定期时间t应装入的计数初值为(n为工作方式选择所拟定的定期器位数)。定期器/计数器的定期/计数范畴：工作方式0：13位定期/计数方式，因此，最多可以寄到2的13次方，也就是8192次。工作方式1：16位定期/计数方式，因此，最多可以寄到2的16次方，也就是865536次。工作方式2和工作方式3，都是8位的定期计数方式，因此，最多可以计到2的8次方，也就是256次

38、。预置值计算：用最大计数量减去需要的计数辞旧即可。3.2.4 T1定期初值的设立在拟定了两个定期器的设立后，需要计算定期器T1的计数初值，因选用24M晶振，T1工作于方式2,1个机器周期=12晶振频率=12/24=0.5us，则方式2最大定期时间为0.5256=128us，目前选定定期间隔为100us，则方式2定期初值为-100/0.5=256-200=56=38H,这样当中断次数为1s/100us=10000次时，历时1s。3.3 电源模块3.3.1电源电路设计根据上述简介设计，电源电路涉及变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等模块构成，使用LED进行电源工作状态批示。LM78XX系列三端稳

39、压IC来构成稳压电源所需的外围元件很少，电路内部尚有过流、过热及调节管的保护电路，使用起来可靠、以便，并且价格便宜，因此使用LM7805稳压芯片进行5V的电源电路设计。具体的5V电源电路如下图3-9所示。图3-9 5V直流电源电路3.4 放大整形模块由于在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，可以是正弦波，三角波。而背面的闸门或计数电路规定被测信号为矩形波，因此需要设计一种整形电路把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波，在测量的时候，一方面通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清晰被测信号的强弱的状况。因此在通过整形之前通过放大衰减解决。

40、当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度减少。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动背面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。图3-10 放大电路前置放大采用两级结型场效应管构成的电路，起脉冲放大作用。具有电路简朴、高频、高输入阻抗等特点。选用施密特电路用于脉冲整形。将正弦波，三角波变换成方波。由于单片机工作高电平为5V，输入TO口的矩形波的幅度必须最大为5V，否则，会使单片机烧坏。施密特触发器不同于其她各类触发器，它具有如下特点：a) 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然合用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 b) 输

41、入信号增长和减少时，电路有不同的阈值电压，它具有如图3-12所示的传播特性。图3-11 施密特电路的传播特性选用芯片如图3-13为74LS14六反向器施密特触发器。逻辑体现式 在集成门电路中，带有施密特触发器输入的反相器和与非门，如施密特CMOS六反相器CC40106，施密特TTL四输入双与非门CT5413/CT7413等。集成施密特触发器性能稳定，应用广泛，以CMOS集成施密特触发器CC40106为例简介其工作原理。图3-12 74LS14外引线排列图(a) 电路图 (b) 逻辑符号 (c) 传播特性曲线图3-13CMOS集成施密特触发器电路(a) 电路图 (b) 逻辑符号 (c) 传播特性

42、曲线由图3-13()可见，它由施密特电路、整形及和缓冲输出级构成。a) 施密特电路施密特电路由P沟道MOS管TP1TP3、N沟道MOS管TN4TN6构成，设P沟道MOS管的启动电压VGS为VTP，N沟道MOS管启动电压VGS为VTN，输入信号为三角波。当=0时，TP1、TP2导通，TN4、TN5截止，电路中为高电平（），TP9截止，TN10导通，为低电平，使TP11导通，TN12截止，。使TP7导通，TN8截止，维持，的高电平同步使TP3截止，TN6导通且工作于源极输出状态。即TN5的源极TN4的漏极电位，该电位较高。电位逐渐升高，当时，TN4先导通，由于TN5其源极电压VS5较大，虽然VDD

43、/2，TN5仍不能导通，直至继续升高直至TP1、TP2趋于截止时，随着其内阻增大，和才开始相应减少。当-时，TN5导通，并引起如下正反馈过程： （TN5导通电阻） 下降导致下降，于是TP1、TP2迅速截止，为低电平，电路输出状态转换为。的低电平使TN6截止，TP3导通且工作于源极输出器状态，TP2的源极电压vS20-VTP。同理可分析，当逐渐下降时，电路工作过程与上升过程类似，只有当-VTP时，电路又转换为为高电平， =的状态。 在VDDVTN +VTP的条件下，电路的正向阈值电压VT+远不小于VDD/2，且随着VDD增长而增长。在v下降过程中的负向阈值电压VT-也要比VDD/2低得多。 由上

44、述分析可知，电路在上升和下降过程分别有不同的两个阈值电压，具有施密特电压传播特性。b) 整形级 整形级由TP7、TP8、TP9、T10构成，电路为两个首尾相连的反相器。在上升和下降过程中，运用两级反相器的正反馈作用可使输出波形有陡直的上升沿和下降沿。c) 输出级 输出级为TP11和TN12构成的反相器，它不仅能起到与负载隔离的作用，并且提高了电路带负载能力。3.5 分频器设计模块3.5.1 分频电路分析该部分的电路由起到闸门功能的与非门74LS08、起到分频作用的74LS393和AT89C51的内部16位计数器实现，电路中受到P3.1引脚控制的二输入与门用于实现闸门功能，当通过程序指令使P3.

45、1为高电平时，闸门被打开，在1s届时又发指令P3.1为低电平，使得闸门关闭，这样在闸门启动的1s内，被测方波信号脉冲送至计数器74LS393进行计数和分频，该计数器是双4位二进制计数器，通过级联使用，可以构成一种分频比为256的分频器，其中P3.0为计数器和分频器的清零端。配合AT89C51内部16位计数器使用，可以实现最大计数值=1677 216，使得比单用AT89C51内部16位计数器的计数范畴大大拓宽。3.5.2 74LS393芯片简介74LS393为两个4位二进制计数器，异步清零端（1clear,2clear）为高电平时，不管时钟端1A，2A状态如何，既可以完毕清除功能。当1clear

46、,2clear为低电平时，在1A，2A脉冲下降沿作用下进行计数操作。引出端符号：1A，2A 时钟输入端（下降沿有效）1clear,2clear 异步清零端1Q01Q3、2Q02Q3 输出端 外接管脚图；图 3-14 管脚图逻辑图：图3-15 逻辑图真值表如表3-4所示：表3-4 真值表CountsOutputs 0123 456789101112131415 0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 13.6 显示模

47、块3.6.1 LED数码管简介常用的数码管由七个条状和一种点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管，根据其构造的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，可以判断使用的是何种接口类型。图3-16 LED数码管构造原理LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和一般二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范畴内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有1030 mA，因此它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同

48、字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划构成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由某些按一定规律排列的可发光的点阵所构成，运用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。数字显示方式目前以分段式应用最普遍。 3.6.2 单片机电路中的显示措施a) 静态显示在单片机应用系统中，显示屏的显示措施有两种：静态显示和动态显示。所谓静态显示，是指当显示屏显示某一字符时，相应段的发光二极管处在恒定的导通或截止状态，直到需要显示另一种字符为止。在LED显示屏工作于静态显示方式时，如果显示屏是共阴型

49、的，则公共端接地；如果显示屏是共阳型的，则公共端接正电源。每位LED显示屏的8位字段控制线（ah）分别与一种具有锁存功能的输出引脚相连接。这种工作方式下，LED的亮度高，软件编程也比较容易；但是它占用比较多的I/O口资源，一般用于显示位数不多的状况。故在位数较多时往往采用动态显示方式。b) 动态显示LED 显示屏动态显示是将所有位的段选线并接在一种I/O口上，共阴极端或共阳极端分别由相应的I/O口线控制，由于每一位的段选线都接在一种I/O口上，因此每传送一种段选码，8位就显示同一种字符，这种显示是不能用的，解决问题的措施是运用人眼的“视觉暂停”效应。从段选线I/O口上按位次分别传送显示字符的段

50、选码，在位选控制口也按相应的顺序分别选通相应的显示位（共阴极送低电平，共阳极送高电平）。接口电路把所有显示屏的8个笔段ah分别并联在一起，构成“字段口”。每一种显示屏的公共端COM各自独立地受I/O线控制，“称位扫描口”。CPU向字段输出口送出字型码时，所有的显示屏都能接受到；但是究竟点亮哪一只显示屏，取决于当时位扫描口的输出端接通了哪一只LED显示屏的公共极，位选通就显示相应字符，并保持几毫秒的延时。所谓动态，就是运用循环扫描的方式，分时轮流选通各显示屏的公共极，使各个显示屏轮流导通。当扫描速度达到一定限度时，人眼就辨别不出来了，觉得是各个显示屏同步发光。采用八位动态显示电路。4.系统的软件

51、设计4.1 软件模块设计系统软件设计采用模块化设计措施。整个系统由初始化模块，信号频率测量模块，显示模块等模块构成。系统软件流程如图4-1所示。频率计开始工作或者完毕一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设立堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定期计数器的工作方式。定期计数器的工作一方面被设立为计数器方式，即用来测量信号频率。图4-1 系统软件流程总图一方面定期计数器的计数寄存器清0，运营控制位TR置1，启动看待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0，停止计数。计数寄存器中的数值通过数制转换程序从十

52、六进制数转换为十进制数。判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位数的规定，测量值和量程信息一起送到显示模块；若该位为0，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新看待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的规定。定期计数器的工作被设立为定期器方式，定期计数器的计数寄存器清0，在判断待测信号的上跳沿到来后，运营控制位TR置为1，以单片机工作周期为单位进行计数，直至信号的下跳沿到来，运营控制位TR清0，停止计数。16位定期计数器的最高计数值为65535，当待测信号的频率较低时，定期计数器可以对被测信号直接计数，当被测信号的频率较高时，先由硬件十分频后再有定期计数器对被测信号计数，加大测量的精度和范

53、畴。4.2 中断服务子程序T0中断服务子程序流程如图4-2所示。测频时,定期器T1 工作在定期方式2,每次定期100uS ,则T0 中断10000次正好为1s,即T1用来产生原则秒信号,定期器T1用作计数器,看待测信号计数,每秒钟的开始启动T1 ,每秒钟的结束关闭T1 ,则定期器T1之值乘以分频系数就为待测信号的频率。该子程序完毕把二进制计数转换为十进制。闸门关闭后, 成果送至缓冲单元 30 32H,其中 30 H单元寄存低位字节 (从P1口读入的数据,即 74LS393的值 ), 31H和 32H 单元分别寄存 TL1和 TH1的值,然后调用二进制度转十进制子程序, 把二进制的计数成果转为十

54、进制,送至 40H至3H (压缩 BCD码)单元,显示子程序则将BCD码经查表指令译为 7段 LED字形码,然后进行显示图4-2 T0中断服务子程序5 结束语前置放大器完毕信号的放大、电平平移的任务，被测的交流信号D被放大、平移成脉冲支流信号E，再通过74HC14施密特反相器整形形成矩形脉冲。与门74LS08作为记数闸门，方波信号被送到与门的一种输入端，与门的另一种输入端连接1S门控信号，实际制作中连接AT89C51的11脚（P3.1）。当11脚为高电平是闸门打开，低电平时闸门关闭。11脚电平的高下可通过指令加以控制。闸门开通矩形脉冲送到74LS393进行记数和分频，74LS393是双四位二进

55、制计数器，在这里接成级连方式，构成一种8位二进制计数器，同步也是分频比为256的分频器。采用74LS393的理由是：AT89C51内有两个16位的二进制计数器，一种用作定期器，另一种用作脉冲记数器。16位二进制的最大计数值为65535，不能满足精确测量的需要，虽然可以通过软件计数的措施来提高辨别率，但是AT89C51内置计数器的计数速率受500KHz（24M时钟）的限制，因此意义并不大。74LS393的最大计数速率可达50MHz，与AT89C51内的T0构成24位的计数器，其最大计数值为16777215，辨别率大大提高。本电路中没有采用十进制计数，由于AT89C51内置计数器只能进行二进制加法

56、计数，计数结束后再进行二进制转十进制运算，然后将成果送到显示缓冲区进行显示。本设计实现了基于单片机的温度检测、显示和控制系统的设计，简介了对温度的检测、显示及控制，实现了温度的实时显示及控制。检测部分采用了热敏电阻Pt100搭建的电桥作为传感电路，再使用运算放大器构成运算放大电路将输出的电压值进一步放大控制部分，之后由MAX187将输入的电压模拟量转化成可供单片机辨认的数字量送入单片机。显示部分采用了LCD液晶显示，比使用LED数码管显示更简化了硬件电路。在对电阻炉的温度控制主电路部分，本设计采用了晶闸管控制电路，在单片机和带过零检测的芯片MOC3061的共同配合下实现对晶闸管的过零控制，从而

57、实现对电阻炉的温度控制。有关本设计的核心中央解决芯片，设计中使用了AT89C51单片机。51单片机具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境规定不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好等多种长处。本次设计是对我大学四年里所学的知识进行了综合运用，并且在设计的过程中还学到了许多新的知识。例如在设计中的A/D转化模块中，由于大学课程中学到的ADC芯片是ADC0809并行模数转换芯片，而在设计中考虑到转换精度问题和单片机I/O口的扩展问题，本设计采用了MAX187串行模数转换芯片。通过资料阅读和自我学习，自己掌握了MAX187的性能和编程。在本次设计中波及到得知识涵盖了大学所学的所有知识，涉及单片机、自动控

58、制控制、电工电子技术、传感器等多领域知识。通过这次设计学会了查找问题、分析问题、解决问题的措施，可以说为此后的工作、学习都打下了比较坚实的基本。致 谢本论文是在教师的精心指引下完毕的。从论文的选题到最后论文的写作等各个具体方面无不倾注了教师的精力和心血。在我三年的学习生活中，我也得到了各位领导和教师对我的协助和鼓励。特别是诸多教师在科研工作勤勤恳恳、兢兢业业的工作态度以及凡事乐观的态度，让我从中受益匪浅。在此，我也感谢各位教师对我的悉心教导。向所有协助过我的各领导、教师、同窗表达我诚挚的谢意!同步也要感谢百忙中抽空参与论文评阅的各位教师!-03参照文献1 陈科文. 简易数字频率计J. 电气时代

59、, .2 周欣. 高精度恒误差数字频率计设计J. 南京: 南京气象学院学报, .3 张建军.自动换档频率计N. 桂林航天工业高等专科学校学报, .4 公茂法,孙皓. 简易数字频率计的计与分析J. 山东：山东科技大学学报, 1999.5 曲云霞, 郭兰申, 李向东. 基于单片机的频率计数器的设计J 河北: 河北工业大学学报, ，（6）.6 蒋焕文,孙续.电子测量(第2版)M. 北京: 中国计量出版社, .7 张友德. 单片微型机原理应用与实验M.上海：复旦大学出版社, .8 辜自强,杨扬. 基于AT89C51的等精度宽范畴频率计的设计J. 电子技术,(9).9 李春树.基于AT89C51单片机的

60、等精度数显频率计J. 零陵学院学报, .3.10 马爱梅.自动频率计的设计J. 自动化仪表, ,（8）.11 徐爱华.单片机应用技术教程M.北京:机械工业出版社,.12张靖武,周灵彬.单片机原理、应用与PROTEUS仿真M.北京:电子工业出版社,.13张晓山,等.农民增收问题的理论摸索和实证分析M.北京:经济管理出版社,.14余小琳.循环经济视角下的观光农业可持续发展J.农业经济问题,(6).15王亚芝,文化,胡艳霞,等.北京观光休闲农业发展的现状及思考J.农业新技术,(4).16谢莉.湖南观光休闲农业开发模式探析J.衡阳师范学院学报,(2).17李勇.加快福州市休闲观光农业发展的对策建议J.福州经济,(2).18