单片机控制的微型频率计设计[附程序]

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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）单片机控制的微型频率计设计学生姓名： 杨 义 勇 学生学号： 200310828020 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 03级自动化 指导教师： 孙艳忠 讲师 助理指导教师： 二七年六月摘 要传统的测频仪器体积很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺点是不可编程，其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指令来进行控制，无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系统进行接口。针对这些缺点，本频率计在设计上作了根本的革新，其优点是：所用核心器件是先进的单片专用测频器件单片频率计，集成度高，体积小，耗电省，功能强，实现了频率计的高度集成化

2、和微型化；单片频率计只要加上晶振、量程选择、频率显示等很少量的器件即可构成一个DC（直流）至10MHz的微型基本测频电路；而最大的优点则是本频率计完全实现了单片频率计、频率采样与单片微机三者之间的硬件与软件接口，使得测频量程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转储均可能过单片微机的软件编程自动进行，从而实现了测频与采样工作的完全智能化，使得本系统既可独立构成一个微型智能测率仪器的核心电路，也可作为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。 关键词 高度集成化，单片机，频率计，电路ABSTRACTThe traditional frequency measurement ins

3、trument volume is very big, consumes energy the quantity to be big, mainly depends on the manual operation, but the biggest shortcoming is unprogrammable, its measuring range transforms, the data survey, the sampling control and processing and so on cannot carry on the control through the program di

4、rective, is unable an achievement miniature intelligence subsystem carries on the connection with some large-scale automatic control or the test system. In view of these shortcomings, this frequency meter has made the radical innovation in the design, its merit is: Uses the core component is the adv

5、anced monolithic special-purpose frequency measurement component - - monolithic frequency meter, the integration rate is high, the volume is small, consumes the electricity province, function, has realized the frequency meter high integration and the microminiaturization; So long as the monolithic f

6、requency meter adds on the crystal oscillator, the measuring range choice, the frequency demonstrated and so on the very few components then constitute DC (cocurrent) to the 10MHz miniature basic frequency measurement electric circuit; But the biggest merit was this frequency meter has realized mono

7、lithic frequency meter, frequency sampling electric circuit and the monolithic microcomputer three between hardware and the software connection completely, caused the frequency measurement measuring range the choice, the frequency data survey, the sampling as well as the code frontier transformation

8、 and the data dump possible monolithic microcomputer software programming automatically to carry on, thus has realized the frequency measurement and the sampling work intellectualizes completely, causes this system already to be possible to constitute a miniature intelligence to measure rate the ins

9、trument core electric circuit independently, also might take in the large-scale automatic control or a test system intelligent subsystem. Keywords Integrates highly, monolithic integrated circuit, frequency meter, electric circuit 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论12 系统逻辑框图的介绍23 频率计硬件电路的设计33.1 系统电源的设计33.2 单片频率计电

10、路43.3量程选择和显示电路73.2 单片频率计电路43.4 频率计显示电路93.5 频率计自动采样电路103.6 单片机控制电路与保护电路113.6.1 掉电保护113.6.2 看门狗电路124 频率计频率计信号源134.1 扫频信号产生电路134.2 当前频段自动产生电路144.3扫频电压自动转换电路164.4 终止频段码预置电路175 系统软件设计175.1 软件设计思路175.5.1 信号源工作时的主程序说明175.5.2 测频中断子程序说明195.5.3 地址分配205.2 程序清单216 经济性分析25参 考 文 献25致 谢261 绪论 在自动控制、自动测试、无线电通讯、声纳、遥

11、控遥测、测速计数、测频智能仪器开发等广泛的领域中，均迫切需要一种能与单片微机接口的微型智能频率计。传统的测频仪器体积很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺点是不可编程，其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指令来进行控制，无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系统进行接口。针对这些缺点，本频率计在设计上作了根本的革新，其优点是：所用核心器件是先进的单片专用测频器件单片频率计，集成度高，体积小，耗电省，功能强，实现了频率计的高度集成化和微型化；单片频率计只要加上晶振、量程选择、频率显示等很少量的器件即可构成一个DC（直流）至10MHz的微型基本测频电路；而最大的优点

12、则是本频率计完全实现了单片频率计、频率采样电路与单片微机三者之间的硬件与软件接口，使得测频量程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转储均可能过单片微机的软件编程自动进行，从而实现了测频与采样工作的完全智能化，使得本系统既可独立构成一个微型智能测率仪器的核心电路，也可作为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。2 系统逻辑框图的介绍本频率计由单片频率计电路、量程选择和显示电路、频率显示电路、频率自动采样电路和单片微机控制电路五大部分组成，其整体逻辑框图见图1，整体工作原理在后面结合测频中断子程序流程图进行阐述。图1单片机控制的微型频率超高频整体逻辑框图3 频率计硬件电路的设计

13、3.1 系统电源的设计图31 12V稳压电源电路图 图32 5V稳压电源电路图 本系统电源完全采用220V交流电，经过二极管桥式整流，在分别用78057905和78127912稳压整流得到。7879系列正负电压输出集成三端稳压器，是串联调整式稳压器。其内部有能带间隙式基准稳压源作为基准。此基准输出电压与采样值进行比较，根据误差大小对输出进行调整。由于基准源的噪声小、漂移小、精度高，因此使整个稳压器的输出稳定、漂移小、精度也较高。 另外，7879系列集成稳压器内部有较为完善的保护电路。它的内部有过流保护，保证输出电流不会超过最充许值。它的内部有热保护电路，如果输出管的结温达到允许的最大值，它就会

14、自动减小输出电流。它内部有工作区限制电路，使稳压器的工作不进入不安全区（输出管的管压降和输出电流小于规定值）。所以这种稳压器的可靠性较高。3.2单片频率计电路单片频率计ICM7216D是美国Intersil公司首先研制的专用测频大规模集成电路（见图33），图33 单片频率计电路 单片频率计ICM7216D的优点之一是采用单一稳压电源+5V工作。在OSIN和OSOT（振荡输入和输出）两端外接10MHZ晶体和阻容元件与片内的高增益互补场效应反相器构成并联谐振回路，产生了高稳定度的时间基准信号，供片内分频后产生计数闸门时间用，测频精度由外接晶本的性能确定（在精度要求高的场合，可将晶本置于带屏蔽的恒温

15、槽内）。 待测信号频率fx从(A输入)端输入。为保证频率计能正确可靠地进行计数，输入信号必须满足以下条件：（1）波形：必须是数字脉冲信号，其它波形（如正波形，三角波等）必须通过施密特整形电路整形为方波（脉冲）信号；（2）幅度：在电源电压V+ =+5VJ时，端的阈值电压为2.0伏，为了可靠地进行计数且不损坏芯片，输入方波的高电平值VIH,必须满足：+2.5V=VIH=50ns(周期须=100ns)。单片频率计是在输入脉冲的下降沿进行计数的。单片频率计ICM7216D芯片本身的测频上限为10MHz。若要组成40MHz频率计，则只需在10MHz频率计的基础上作如下修改：（1）在端之前另加由74LS1

16、12组成的四分频预置电路；（2）采用2.5MHz的晶体。若要组成100MH频率计，也只需在10MHz频率计的基础上作如下修改：（1）在端之前另加由11C90组成的十分频预置电路；（2）将位码输入端连到CONI(控制输入)端，使频率计处于外部小数点模式，并将EDPI（外部小数点输入）端连到(量程输入)端，使数据显示单位kHz保持不变。在本频率计中，将CONI端悬空，使单片频率计7216D进入正常计数状态。将EDPI端悬空，使各量程显示数据的小数点由片内自动产生。EOSI（外部振荡输入）端不使用，故也悬空。在本频率计开始测量前，加电或复位使（外部振荡输入）端不使用，故也悬空。当HLDI（保持输入）

17、端输入高电平（有效）时，7216D停止测频，片内主计数器复“0”，但锁存器中锁存的测频值仍保持不变，并输至片外供显示和采样用。当HLDI端恢复为低电平时，7216D方可开始进行下一次新的测频计数。在本频率计中，用单片微机8031的P1.0端对HLDI端进行电平控制（见图1），当测频系统需和其它数据采集系统同时进行数据采样时，只需在测频中断子程序中利用两条控指令SETB P1.0及CLR P1.0就可使单片微机8031的P1.0端发出一定宽度的正脉冲送至HLKI端，使得别的系统在完成数据采样之前单片频率计7216D不进行下一次新的测频计数，这样各系统的采样数据就能保证是同一次测量所得到的数据。图

18、34 诸信号的时序关系7216D是（测量在进行中）端是计数闸门时间输入端（低电平有效）。及其反相扣的中断申请信号MIP、片内计数锁存与片内复位诸信号的时序关系见图24。 由图34可见信号由闸门时间（低电平）和测量间隔时间TITV（高电平）两部分组成，随量程不同而分为0.01s、0.1s、1s、10s四档，而TITV无论哪一量程均固定为200ms。当处于低电平时，7216D片内计数闸门被打开，主计数器便对输入频率进行计数，一直计数到闸门时间结束、跳到高电平为止，延迟40ms等待计数值稳定后，片内产生40ms宽的锁存负脉冲打开片内锁存门，使主计数器中的本次测频值打入到锁存器中去更新上次测频值，数据

19、更新完毕后锁存门便关闭，新频率值输入到片外供显示和采样，再延迟60ms后，片内产生成40ms宽的复位脉冲将主计数器等复“0”，使7216D处于下次测量准备状态，但锁存器中的本次测频值并不得复“0”，一直保持到下次数据更新为止。过后再延迟20ms等待复位稳定后便正式开始下次频率测量。定量了解片内计数，数据更新与复位三者之间的时序关系对正编制片外测频中断子程序是必不可少的，从片内计数结束到锁存器中草药数据更新完毕所需时间=40ms+40ms=80ms,再延时20ms，待数据更新扣的新值稳定时程序方可对该频率数据进行采样，因此当单片微机CPU每次转入测频中断子程序频率值进行采样之前，程序上必需延迟1

20、00ms时间（不要精确）才能保证采样到的数据是更新后稳定的本次新测量值。此外，单片微机8031的（外部中断1请求信号）必须在主程序初始化时设置为边沿触发方式和高优先级，用单片频率计7216D发出的MIP（中断申请）信号的负跳变向8031提出该中断请求，而不能设置为电平触发方式（低电平有效），否则在下次测频开始前，单片微机CPU会在本次测频点产生多于一次的响应，造成一个测频点多次重复采样的错误。 单片频率计的端为8位显示数码管位码（决定位置的编码）输出端（低电平有效），ga及dp端为七段显示码及小数点电位输出端（高电平有效）。由于受集成电路各引脚数量的限制，单片频率计不可能将8位测频数据同时输出

21、，只能采用8位分时循环扫描的方式将每一位数字的段码及其右面侧面的小数点电位从ga及dp端爱位串行输出，输出顺序为从第7位（最高位）到第0位（最低位），并用位码来识别输出的段码属于哪一位。7216D片内锁存器中的8位BCD码频率值被500Hz显示扫描信号从高到低还位送至片内四七译码译成七段显示码，加上dp4dp1中的某位小数点后，再经8个段驱动器功率放大产生出每段峰值驱动电流可达12mA的七段码和小数点电位输出（高电平有效），可用来直接驱动片外共阴极数字管相应段及小数点的LED发光。8位数码循环扫描信号的周期均为2ms，当每位位码输出有效时都是宽度为244us的负脉冲，用以克服显示时的余辉重影现

22、象。由于每个位码端最多要吸入8个LED的驱动电流，故每个位码商量的驱动电流最大均达8090mA以上。3.3量程选择和显示电路这部分电路由量程预置电路、量程选择电路、闸门时间显示电路及量程控制字写入端口（8255及PC口和数据缓冲器PD）五小部分组成，见图35a。图35a 量程选择和显示电路图3-5b 手工预置电路 单片频率计7216D提供了一个量程输入端，若将7216D的位码输出端中的一个通过量程选择电路分别接到此输入端（输入低电平有效，电阻10K起抗噪声干扰作用），则在片内会相应产生出四档测频量程（闸门时间），即0.01秒、0.1秒、1秒、10秒，如表1所示，表中#号表示为立即数，以区别是于

23、直接地址。需特别注意的是，量程端的电平是随机的，有可能是高电平，此时就会导致测频停止，单片微机CPU也就不可能转入测频中断子程序进行数据采样工作。 在主程序每次转入测频中断子程序对本次测得的频率数据进行采样之前，可以对单片频率计的下次测频繁量程进行修改（也可以保持不变）。为了增加量程修改的灵活性，本频率设计了硬件手工预置（硬修改）和软件编程选择（软修改）两种修改方式。单片微机8031在转入测频繁中断子程序后，首先从量程预置码读出端TP3读出量程预置码，并据此判断采用哪种修改方式。当量程预置码=#00H时，则采用软修改，而当量程预置不等于#00H时（注意非零码修改方式），则采用硬修改。当量程预置

24、码=#00H时，则采用软修改，而当量程预置不等于#00H时（注意非零码修改方式），则采用硬修改。表1 单片频率计ICM7216D的量程选择和量程控制字量程档次闸门时间(s)与相连码端量程预置码所测信号源的频段码量程控制字PC7-PC4(显示)PC3-PC0(选择)PC7-PC010.01#01H#O6H,#07H#0001B#0001B#11H20.1#02H#05H#0010B#0010B#22H31#03H#01H-#04H#0011B#0100B#34H410#04H#00H#0100B#1000B#48H在软修改的情况下，8031的CPU先判断由主程序传递来的信号源当前频段码是第几频段

25、码，然后根据表1的量程设定，把相应的量程控制字用指令送到可编程并行接口8255的PC口（量程控制字写入端口），例如当前频段码是第0频段，则将量程控制字#48送至PC口。当前频段码的改变也将导致由程序送入PC口的量程控制字作相应改变。送入PC口的量程控制字的高四位PC4PC7（例如0100B）用作量程选择控制信号，通过四七译码/驱动电路CC4511B译成七段码后用LED数字管即可把下次测频量程档次（例如第四档）显示出来。量程控制字的低四位PC3PC0（例如1000B）则用作量程选择控制信号。具体来说，即用作四双向模拟开关（连接成四选一开关方式）CC4066R 控制端信号,控制7216D的位码输出

26、端中的相应一个端子(例如端)连接到7216的量程输入端，使单片频率计采相应量程（例如10秒闸门时间，即第4档）来对下一个测频点的频率进行计数。在硬修改的情况下，测频中断子程序将直接要据由量程预置码读出端PT3读出的手工预置的量程码，按照表1的设定选择相应的量程控制字送入8255芯片的PC口，以后的过程则和软修改相同。注意7216D要求输到端的量程选择负脉冲至少后半个周期（125us）是稳定的负电平。 频率计端输出的负电平能过由两级施密特触发反相器（2/674LS14）组成的驱动电路驱动后用来点亮一个发光二极管LED,使计数闸门时间可以直观显示出来。之所以要增加驱动电路，是因为输出端不可能直接吸

27、收点亮LED时所需的将近10mA电流。3.4频率显示电路这部分电路由两块共阴极四位连体红光LED数字显示器（TLR41252）和溢出指示电路LED所组成，见图36。四位连体数字显示器分共阴（TLR4125）和共阳（TLR4115）两种型号，7216D型频率计只能与共阴型号连接。该显示器可用于时钟、频率、计数等多种用途显示，外壳尺寸为：长37.0mm高15.4mm,每位数字的尺寸为：宽3.8mm高7.6mm。每块显示器内部包含4位十进数字和7个LED发光点，4位十进数字的相同显示段（LED正极）连在一起引出，构成七个段码引出端ag,每位数字的公共阴极单独引出，构成四个位码引出端。图36 频率显示

28、电路这种内部结构正好与单片频率7216D的分时多路扫描显示方式相配合。每个显示段的最大直流工作电流为15mA。该显示器体积小巧，价格低廉，显示字体清晰美观。单片频率计时7216D各量程显示的频率数据格式及其分辩率如表2所示，小数点是片内自动产生的，数据显示单位均为kHz.量程档 次闸门时间频率数据格式(kHz)分辨率10.01D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1dP1 D010020.1D7 D6 D5 D4 D3D2 dP2 D1 D01031D7 D6 D5 D4 D3 dP3 D2 D1 D01410D7 D6 D5 D4 dP4 D3 D2 D1 D00.1表2 单片频率计各量程显

29、示和存储的频率数据格式图3-6中第一块显示器用作D7D0四位数据显示，第2块用作D3D0四位显示，其4个小数点dp4kp1的正极连在一起接到7216D的dp输出端，而负极则分别受7216D位码输出端。单片频率计在2ms扫描显示周期内将8位数字段码及其小数点（电位）以及位码从第7位（最高位）到第0位（最低位）逐位输出到显示器一遍，只有位码为低电平的那位数字和小数点（若dp为高电位）才被点亮。由于人的视觉暂留现像，8位数字看上去象是被子同时稳定显示出来。7216D还具有小数点前无消稳及小数点有效零保留的功能。把一个LED接在7216D的dp端和端之间可用作溢出指示，当8位数字全为“9”后，7216

30、D片内便自动发出溢出信号将溢出指示灯LED点亮，告诉使用者应把测频量程修改到适当的档次。溢出情况下前零消稳不起作用。3.5 频率自动采样电路这部分电路由可编程并行接口芯片8255的方式选择控制字写入口（片内数据控制器PD口）、段码及小数点读出口（PA口）位码读出口（PB口）三个I/O口组成，见图37。在主程序频率计初如化部分首先将8255的方式选择控制字#92H用指令写入PD口（芯片内部的控制口），使8255的PA口、PB口、选择方式0（无条件）输入方式，PC口选择输出方式。PA口为频率段码和小数点的采样端口，PB口为位码的采样端口。图37 频率自动采样电路单片微机8031测频中断子程序中的采

31、样程序按照PB口采样得到的有效位码（低电平有效）顺序，由PA口逐位采样段码和小数点数据，并将段码和小数点电位自动分离，分离出来的段码依次暂存到单片微机8031内部RAM的30H38H工作单元中。当程序采样到某位小数dp的高电平后，能自动将小数点的ASCII码#2EH存到该位段码数据的下一个存储单元中，无需使用者在8位段码频率数据全部采样完毕后再另外插入。由于每位段码的扫描显示时间为244us,而本单片微机程序采样一位段码和小数点所需时间为44us,因此足以保证8255PA口对段码和小数点数据的可靠采样。采样到的段码必须由程序自动转换为BCD码后才能供计算使用，码制转换后的BCD码频率数据由程序

32、自动从单片微机内部RAM区（6264芯片中）。七段显示码与BCD码的转换表见表（若LED点亮，到段码为“1”，暗则为“0”）。七段显示码BCD码七段显示码BCD码7EH#00H#5BH#05H#30H#01H#5FH#06H#6DH#02H#70H#07H#79H#03H#7FH#08H#33H#04H#7BH#09H表3 七段显示码与BCD码转换表对于测频总点数N为已知的应用系统，可利用采样N个频率点的数据后总点数减为0的条件来控制测频的结束，这在测频程序中再加一个采样点数的外循环是不难实现的。3.6 单片机控制电路与保护电路单片机控制电路由单片机8031、低8位地址锁存器74LS373、外

33、部程序存储器EPROM2764、外部数据存储器RAM6264、片选址与口选址信号形成电路（译码器74LS138及与非门等）五小部分组成，具体见原理大图。下面是保护电路的设计361 掉电保护掉电保护是为了单片机系统在运行过程中，如果发生断电，则CPU内部数据存储器、特殊功能寄存器以及外部数据存储器中的数据将丢失。然而在许多应用场合，往往需要保护系统掉电前的状态及数据，以便再上电时能继续原来的工作，这就需要单片机控制具有掉电保护功能。掉电保护功能由硬件保护电路和保护软件两个部分组成。硬件保护电路，它由下列部分组成：（1） 后备电池及电源切换电路。（2） 电源检监检控电路，它跟踪电源Vcc的变化，以

34、便发出停电信号。（3） RAM片选信号封锁电路，由于DS12和DS13系列SRAM芯片内部已有掉电、上电防误写入电路，当采用这类芯片作为外部数据存储器时，无须考虑片选信号封锁问题。本系统对6264进行了掉电保护，电路图如图3-8。本系统没有用8031的引脚RST进行掉电保护，因为此法仅能保护单片机内部容量很小的RAM，耳采用外部RAM掉电保护方式。当正常电压Vcc加在6264引脚Vcc和Nc上时，由于VccEd(锂锰电池)，D1导通而D2截止，这样后备电源Ed与6264通路被断开，系统正常工作；而当Vcc掉电时，在Vcc下降到维持6264内部数据的最低极限值之前，二极管D1、D2偏压相继反转，

35、后备电源通过D2自动加载，而D1反偏，将已失效电源Vcc与存储器隔离。图3-7 掉电保护电路 图3-8 看门狗电路362 看门狗电路“看门狗”电路“死机”是单片机系统中长常出现的现象，它表现为系统无法继续正常的运行，而一直停止在某一状态，系统处于瘫痪。这时硬件电路并没有坏，只是内部运行出现错误，必须重新复位才能恢复。因此，了解“死机”产生的原因，并消除“死机”的影响是单片机系统抗干扰设计中的重要的一个环节。本系统采用“看门狗”电路，其作用是监测单片机的运行，一旦发现“死机”就发出复位信号恢复程序的正常运行。如图3-8所示，不可编程的14位计数器4020定时益出用来监视程序的运行，计数时钟来自8

36、031的ALE，定时间隔可通过改变输出接线加以调整，它应稍大于主程序运行一个循环的时间，在主程序运行过程中要执行一次对地址DFFF（Y6）读或写作，强制4020重新计数，这样，只要程序正常运行，计数器不会溢出，而当程序失常，不能刷新计数器，这时定时溢出信号下跳变经74LS123单稳电路后，产生20ms正脉冲送单片机RST复位端，导致系统复位而重新运行。4 频率计信号源4.1 扫频信号产生电路本信号源的扫频范围从Hz扫描到1MHz，分8个频段实现，只要简单改变频段电容的的电容量，低端信号频率即可扩展到1Hz以下，其最大优点是完全实现了与单片机微机的硬件与软件接口，使得信号源各频段之间的转换及段内

37、各频率点的产生均可通过软件编程来自动进行，从而实现了扫频信号源工作的智能化。信号源由扫频信号产生电路、当前频段自动转换电路、扫频电压自动产生电路、终止频段码预置电路、单片微机控制电路五大部分组成。其整体逻辑框见图4-1。扫频信号产生电路由单片精密函数波形发生器、测频方波形成电路（74LS14）三部分组成，见图4-2。精密函波形发生器5G8038是本扫频信号源的核心器件。5G8038内部有两个电平比较器和一个触发器的控制下，不断向外频段电容CFB线性充电和放电，从而产生出积分形三角波，再经缓冲器TR（三角波）端输出。在角波的线性度可高达0.1，幅度VPP为4V左右，输出阻抗典型值为200(负载电

38、流为5mA)。三角波触发器输出端的电平经缓冲器由SQ（方波）端输出方波。图4-1 单片机控制的微型低频扫频信号源的整体框图图4-2 扫频信号产生电路由于SQ端是OC门（开集门）输出，所以SQ端一般可通过一负载电阻RL10k连接到另一电源电压VSQ上去，使得片内输出方波的高电平（1uA漏电流时）可在5V（TTL高电平）到30V（5G8038）单电源电压值的上限）这样宽的范围内变化，从面能很方便地达到电平转换的目的。输出方波的低电平为TTL低电平0.35V（2mA负载电流时）。连接在ASD1和ASD2（频率占空比调节）端的电位器W1，可调节三角波和方波的占空比（可分别变为锯齿波和脉冲波），可调范围

39、达2到98。外接频段电容CFB通过CT端接入片内，接入不同容量的电容即可粗即可粗调输出信号的频率即（转换频段）。直流扫频电压VFM由FMI（频率调制输入）端输入，输入信号的频率fx与输入扫频扫电压呈线性变化关系，在一个频段内部可对输出频率进行细扫描（即产生出各频率点）。当外接频段电容CFB由4.7uF减小到30pF时，三角波端输出的信号频率均可由5.6Hz升高到1.0126MHz，但SQ端直接输出的片内方波频率升高到400kHz左右时就停止上升，原因是片内触发器的翻转速度跟不上，这给用单片频率计（ICM7216D）进行同步测频（其输入信号必须是TTL电平的方波信号）带来了困难，但通过三角波测频

40、方波开成电路（为一施密特整形电路）得出方波克服 这一困难。只要简单地将CFB低端电容量4.7uF加大，则5G8038输出信号的频率即可降至1Hz以下，但在固定8个频率（受八选一模拟开关路数的限制）、且相领频段的频率需彼此衔接的情况下，信号源输出的高端频率也需相应降低（降至1MHz以下）。4.2当前频段自动产生电路这部分电路由当前频段码写入端口PT0(74LS373)、TTLCMOS电平转换电路（MC1413）、当前频段转换开关四小部分组成，见图4-3。图4-3 当前频段自动转化电路单片微机8031把外部扩展的IO口均当作外部数据存储器的一个存储单元来进行寻址和读写操作。写入到端口PT0k的当前

41、频段码一方面通过四七译码器CC4511B译成七段显示码驱动LED数字管显示出来，另一方面能过达林顿阵列MC1413将TTL电平(0.35V/3.8)转换成CMOS电平(0.45V/11.9)后输出到单八选一多路选择模拟开关CC4051B的控制端ABC。在当前频段码由000B111B时,CC4051B会自动选择I0I7中相应的一路电容CFB接到输出端S0,通过S0再接到5G8038的外接电容端CT,这样通过单片微机程序的控制和图4-3硬件电路的支持,就实现了扫频信号源频段的自动转换。本扫频信号源分成8个频段，相邻频段边缘有一定的覆盖。频段划分及每一频段实测的扫频范围见表4。需说明的是，频率码步长

42、值须按具体应用对象的要求选定，选取步长值一定要满足如下条件，即总的步长值（终止频率码起始频率码）步长值=正整数,否则在编程时将会给频段自动转换的判别带来困难.频段序号频段码(二进制)频段CFB频段码扫描范围频率码步长值每步频率值每一频段实测扫频范围(kHz)0000B4.7uF/25V起始值#00H终止值#80H#04H0.00160.0050.03341001B1160nF0.0080.0280.1392010B220nF0.0400.1270.6433011B51.7nF0.1920.6393.2204100B10nF0.923.04715.5585101B3.2nF3.010.6055.

43、806110B510pF14.055.6262.57111B30pF46.0196.71016.8表4 扫频信号源的频段划分及实测扫频范围4.3扫频电压自动转换电路这部分电路由当前频率码写入端口PT1与数/模转换电路(组合在DAC0832片内)以及扫频电压形成电路(uA741)组成,见见图4-4。图4-4 扫频电压自动产生电路 写入到端口PT1中的当前频率码通过DAC0832片内的数模转换电路自动转换成模拟电流从Iout1和Iout2两个互补端输出.模拟电流与输出频率码Fcod的关系为: Iout1=. Iout2=. Iout1+Iout2=Const式中VREF为DAC0832的外接基准电

44、压,R为片内R-2R梯形网络电阻(15k).由此可见,Iout1与Fcod成正比,而Iout2则与Fcod的补码成正比,Iout1和Iout2之和为一常量。模拟电流必须通过扫频电压形成是电路（由运放uA741组成反相放大器）才产生扫频电压VFM。在设计扫频电压自动产生电路时需满足函数波形发生器5G8038如下两个特殊要求：一是其输出频率Fx随输入电压VFM的降低而线性升高，因此，为了将信号源8个频段的频率能够由小到大线性地衔接起来，VFM必须随输入频码Fcod的增大而线性降低（下降型锯齿波）；二是为了使5G8038片内产生振荡，VFM的有效扫描范围必须满足：VFM2，式中为5G8038的电源电

45、压。当VFM-2时，5G8038片内会出现停振现象，无信号输出。为了满足5G8038的第一特殊要求，输入到扫频电压形成电路的模拟电流必须取自DAC0832的Iout2输出端，而不是Iout1输出端，而不是Iout1输出端。此时VFM的表达式为： VFMIout2Rf2式中负号是由于相放大器而引入，Rf2为DAC0832片内反馈电阻，一般Rf2调得和DAC0832片内R2R梯形网络电阻匹配（均为15k）,VREF为一常量（本身为一负值）。由上式可知，VFM确实随输入频率码Fcod的增大而线性降低，而且当Fcod在#00H#80H范围内扫描时, VFM也相应在(-VREF) (-VREF)范围内扫

46、描。为了满足5G8038的第二个特殊要求，必须满足中下方程：=-VREF-2=(- VREF)由此可解得=-VREF=12V。这说明为了使VFM的扫描范围处在5G8038的振荡区内，5G8038的电源电压和DAC0832的基准电压绝对值都必须取12V。此时VFM有效扫描范围为12V6V。这里需要指出的是，终止频率码80 H时编程时可作为频段转换的判别条件。4.4 终止频段码预置电路这部分电路由终止频段码显示电路（CC4511LED数字管）和终止频段码读出端口PT2三小部分组成，见图4-5。图4-5 终止频段码预置电路本信号源共分8个频段，若信号源扫完任意第i频段之后需自动终止扫频工作，i是为0

47、到7。则只要在信号源加电工作以前将频段码i手工写入终止段码预置开关上，信号源加电工作之后利用程序进行判停工作即可实现。这给那此不需要信号源每次都从头扫到尾的应用系统带来了方便，增加了本信号源使用的灵活性。终止频段预置一方面能过显示译码CC4051B译为七段码在LED数字管上显示出来，另一方面又无条件地写入并锁存到端口PT2中（注意PT2的输入允许端G恒接5V，即一直打开）。5 系统软件设计5.1软件设计思路5.1.1 信号源工作时的主程序说明信号源工作时的主程序流程图见6-1。本信号源主程序使用第0区工作寄存器R0R6存放如下数据：R0当前频码（起始值为#00H），R1终止频段码预置值，R2当

48、前频率码（起始值为#00H），R3终止频率码（#80H），R4频率码步长值（#04H），R6、R5外接数据存储器（RAM）地址指针当前值（起始值为4000H）。堆栈区设置在内部RAM的70H7FH单元。本信号源加电或按复位按钮进行复位之后，单片机8031的CPU立即自动转到加电/复位中断入口RESET（0000H），以该单元为首址设置了一条无条件转移指令LJMP MAIN，CPU执行后便转到主程序入口MAIN。开始动行控制信号源工作的主程序。运行主程序时首先将单片机，频率计、信号源三者初始化。在频率计对该信号频率进行计数测量结束时，频率计便自动向单片机提出外部中断（ ）申请，若单片机响应该中断

49、，则自动转至中断入口INT1P,随即执行一条无条件转移指令LJMP SUBF便转至测频中断子程序入口SUBF,运行该子程序时便对所测频率数据进行采样和处理。测频子程序运行完毕返回主程序后，立即判断一下当前频率码是否等于终止频率码，若不等，说明当前频段码尚未扫完，则将该频率码加上频率码步长值形成下一个新频率码再继续写入到端口PT1中，产生出下一个更高频率的信号波形输出；若相等，说明当前频已经扫描完毕，则立即从内循环转出到外循环，再判断一下该频段码是否等于预置的终止频段码，若不等说明信号源尚未扫完预置的终止频段，则将该频段码加上频段码步长值（#01H）形成下一个新频段码再继续写入到端口PT0中，使

50、信号源自动转换到图61 扫频信号源工作时的主程序流程图下一个更高频段进行频率扫描；若相等说明信号源已扫完预置的终止频段，则立即自动结束扫频工作5.1.2 测频中断子程序说明本频率计工作时的测频中断子程序图见图6-2。测频中断子程序所使用的单片微机内部RAM工作单元说明如下：堆栈区仍为70H7FH；当前工作寄存器区为第1区：R0转存主程序当前频段码，R1频率采样数据暂存区地址指针（起始值为30H），R2频率计量程控制字，R3一个测频点采样数据的位指针（起始值为08H），R4被采位位码左移至进位位中的次数，R5一个测频点存储数据（包括8位频率码1位小数点码）的位指针（起始值为90H）；内部存放10

51、0ms延时子程序3级指令循环次数。频率计的初始化程序（在主程序中完成）包括给8255PA口PC口选择IO方式以及给单片频率计设置初始测频量程。结合图1和图62对本频率计的测频中断子程序作如下说明：当单片频率计7216D对扫频信号源产生的待测方波频率fx计数刚结束时，其端经反相输出的中断申请信号MIP的跳变便向单片微机8031的CPU提出外部中断1（）申请。当CPU响应中断后便自动转到8031片内特定的中断入口INT1P（0013H单元），以该单元为首址存放了一条无条件转移指令LJMP SUBF，CPU执行该指令后便转移到测频中断子程序的入口SUBF开始均等该子程序。首先将主程序现场（如当肖频率

52、码、程序状态字PSW、第0区工作寄存器内容）保护起来，当前工作寄存器区由系0区转为第1区，并将主程序传递给子程序的参数值（如外部的RAM地址指钱当前值及当前频段码）压入堆栈，接着转入为下次测频计数修改（或保持）量程，先从端口PT3读出量程预置码送入8031累加器A中进行判断：若量程预置码为00H，则将主程序传递来的当前频段码弹出62 测频中断子程序流程图到R0中，然后按照（R0）中的内容（00H07H）和表1的设定，选择相应的量程控制字暂存到R2中（软修改量程）；若量程预置码为非00H，则直接按照硬件预置的量程（01H04H）和表1的设定，选择相应的量程控制字暂存到R2中（硬修改量程）。暂存在

53、8031片内RAM R2中的量程控制字再用指令送到片外的量程控制口PC口，通过量程选择电路将7216D的相应一位位码（i03）连接到量程输入端，使7216D采用新修改（或保持不变）的量程进行下一次测频计数。之后程序采用3级指令循环的方式延时100ms，等待7216D片内锁存器中上次频率老数据被本次新测数据更新完毕并稳定一定时间后，8255片内PB口先采样7216D输出的位码，当检测到左移到进位位中的被采样位位码为“0”（有效）时，PA口再采样位段码和小数点电位，根据（R3）中的采样位指针如此循环采样8次，与此同时，程序按照位码采样顺序和暂存区地址指针（R1）将采样到的8位段码和1位小数点ASC

54、码#2EH（此即本次测频数据）依次存放到8031片内RAM的30H38H暂存区中。接着子程序按（R5）中的存储位指针逐位将暂存区中的8位七段显示码取出并转换为BCD码，连同小数点ASC码（不变）一起转储到外部数据RAM中。然后当前工作寄存器由第1区转达回第0区，并将子程序中的一些参数值（如修改扣的外部数据RAM地址指针当前值）传递给主程序。最后恢复主程序现场，中断返回主程序。5.1.3 地址的分配由原理图可知单片机8031输出的地址线信号A15A11通过片选址和口选址信号形成电路分别形外部程序存储器（EPROM）、外部数据存储器（RAM）、外部扩展I/O的片选。1CS0选定外部RAM的地址空间

55、0000H1FFFH2CS1选定外部EPROM的地址空间2000H3FFFH3CS20为当前段写入口PT0的口选址信号CS20=A14=4000H4CS21为当前频率码写入口PT1的口选址信号CS21=A14A0=4001H5CS22为终止频段码预置值读出口PT2的口信号CS22=A14A1=4002H6CS23为量程预置码读出口PT3的口选址信号CS23=A14A1A0=4003H7. CS3为8255所用所片选信号，地址空间为6000H7FFFH。 8255芯片内所包含4个端口，其逻辑表达式为： P口选址信号CS3A=A14A13=6000H PB口选址信号CS3B=A14A13A0=60

56、01H PC口选址信号CS3C=A14A13A1=6002H 控制口（D口）选址信号CS3D=A14A13 A1A0=6003H5.2 程序清单ORG 0000HRESET： LJMP MAINORG 0013HINT1P： LJMP SUBF；单片机初始化ORG 0100HMAIN ： MOV SP,#70HMOV R6,#40HMOV R5,#00HMOV P3,#0FFHSETB IT1SETB PX1SETB EASET EX1；频率计初始化K0: MOV A,#92HMOV DPTR,#6003HMOVX DPTR ,AMOV A,#48HMOV DPTR ,#6002HMOVX D

57、PTR,A；信号源初始化K1： MOV R0,#00HMOV DPTR,#4002HMOV A,DPTRMOV R1,AMOV R2,#00HMOV R3,#80HMOV R4,#04H；进入定当前频段码的外循环LOOP1： MOV A,R0MOV DPTR ,#4000HMOVX DPTR,A；进入写当前频率码的内循环LOOP2： MOV A，R2MOV DPTR,#4001HMOVX DPTR,ASJMP SUBF；判别是否已扫完当前频段K2： CJNE A,R3,K4K3： MOV A,R0CJNE A,R1,K5STOP： LJMP STOP； 继续进行内循环,写入下一新频率码K4：

58、ADD A,R4MOV R2,ALJMP LOOP2；继续进行外循环，写入下一新频段码K5： ADD A，01HMOV R0，ALJMP LOOP1；测频中断子程序SUBF： PUSH APUSH PSWSETB RS0PUSH R5PUSH R6PUSH R0；为下次测频计数修改量程RAGS： MOV DPTR,#4003HMOV A,DPTRJNZ RAGI；采用软件修改量程RAG0： POP R0CJNE R0,#00H,RG01HMOV R2,#48HSJMP PTCRG01： CJNE R0，01H,RG02MOV R2,#34HSJMP PTCRG02： CJNE R0，02H,R

59、G03MOV R2,34HSJMP PTCRG03： CJNE R0，03H,RG04MOV R2,34HSJMP PTCRG04： CJNE R0，04H,RG05MOV R2,34HSJMP PTCRG05： CJNE R0，05H,RG06MOV R2,22HSJMP PTCRG06： CJNE R0，06H,RG07MOV R2,11HSJMP PTCRG07： MOV R2,11HSJMP PTC；采用硬件预置值修改量程RAG1： CJNE A ,#01H,RG12MOV R2,#11HSJMP PTCRG12： CJNE A，02H，RG13 MOV R2，22HSJMP PTCR

60、G13： CJNE A，03H，RG14MOV R2，34HSJMP PTCRG14： MOV R2，48HPTC： MOV DPTR,6002HMOV A，R2MOVX DPTR,A；延时100ms，等待数据更新并稳定后再采样DLAY： LCALL DT100DT100： MOV 39H，#05HLOP3： MOV 40H，#14HLOP2： MOV41H，#0F8HLOP1： DJNZ 41H,LOP1DJNZ 40H,LOP2DJNZ 39H,LOP3RET；采样一个测频点的8位段码及小数点，暂存入8031内部RAM中SAPF： SETB P1.0MOV R3,#08HMOV R1,#30HSF1： MOV A #09HCLR CSUBB A,R3MOV R4,ASF2： MOV DPTR #6001HMOVX A,DPTRSF3： RLC ADJNZ R4,SF3JC SF2MOV DPTR #6000HMOVX A,#DPTRMOVC C,ACC.7ANL A,#7FHMOV R1,AINC R1