毕业设计论文-基于at89c52单片机的数字频率计设计

毕业设计论文-基于at89c52单片机的数字频率计设计内容摘要：

预处理电路 放大电路 采用两个 NPN三极管（ 9018）级联方式实现对待测信号的放大 ,降低对待测信号的幅度要求。 如图 42所示。 图 41 系统硬件实现框图 Frame diagram of system hardware realization 前一个三极管采用共集电极方式，主要是为了获得比较宽的频带，并不具有实质性的放大作用。 后一个三极管采用共发射极方式，主要作用是放大非常弱的输入脉冲信号，一般通过 它的放大后，其电压可以达到 3伏以上。 为了消除不必要的噪声信号干扰，在两级放大电路中都可以加入滤波电容，保证待测信号的稳定。 待测信号 放大电路 波形变换、整形 闸门控制 分频电路 单片机 显示电路 西南大学本科毕业论文（设计） 14 104C a pC1104C a pC2104C a pC3104C a pC447KR e s 2R11KR e s 2R247KR e s 2R3R e s 2R4N P N90 18 1N P N90 18 2+5100uHI nd uc t orL1GNDGND 图 42 放大电路 Magnify circuit 波形变换和整形电路 采用数字芯片（ 74HC00）实现把正弦波 、 三角波 、 方波等各种波形的正负交替的信号波形变换成可被单片机接受的 TTL/ CMOS 兼容信号。 74HC00是两输入四与非门芯片 ， 利用它在转换过程中的正反馈作用 ， 可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。 在数字系统中， 矩形脉冲经传输后往往会发生波形畸变 ， 例如：当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将明显变坏；当传输线较长，而且接收端的阻抗与传输线上的阻抗不匹配时 ， 在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象 ； 当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时 ，信号上将出现附加的噪声。 诸如这些情况 ， 如果不加以解决，都将严重影响到矩形脉冲的实际效果 [9]。 使用 74HC00芯片可以很好地解决这些困难 ， 得到比较理想的矩形脉冲波形。 其引脚如图 43所示。 在实际应用中，仅仅用到一个与非门，它的一脚接高电平 ， 二脚接通过放 大作用放大的输入信号 ， 三脚输出高低电平的数字信号。 除了可用 74HC00芯片外， 74HC14（六反相 施密特 触发 器 ） 也能实现波形的变换和整形。 123M C 7 4 H C 0 0 A N7 4 H C 0 0 A+5 图 43 波形变换和整形电路 The circuit of Profile switching and Reshaping 西南大学本科毕业论文（设计） 15 闸门时基电路 采用数字芯片（ 74LS08）实现对数字信号的控制。 74LSO8是两输入端四与门，引脚如图 44所示。 同样，在实际应用中 ， 仅仅用到一个与门，它的 1脚接 74HC00的输出信号， 2脚接到单片机的 ，通过单片机控制 2脚是高电平还是低电平。 当 2脚是高电平时，从 74HC00的 3脚出来的信号就通过 74LS08的 1脚传送到 3脚，然后进入下一个控制电路；当 2脚是低电平时，无论 74HC00输出的是高 电平， 还是低电平，在 74LS08的 3脚都没有信号输出。 所以 74LS08就等同于一个开关电路，只有在高电平有效时，才能进行信号的传输，起到了控制的作用。 123S N 7 4 L S 0 8 N7 4 L S 0 8 A123M C 7 4 H C 0 0 A N7 4 H C 0 0 AP 3 . 1 图 44 闸门时基电路 Strobe time base circuit 分频电路 采用数字芯片（ 74LS393）用于扩展单片 机的频率测量范围并为实现单片机频率测量和周期测量使用统一的输入信号。 如图 45所示。 74LS393是双 4位二进制计数器，在这里接成级联方式，组成一个 8位二进制计数器，同时也是分频比为 256的分频器 ，然后将它们接入单片机的 P1口。 采用 74LS393的理由是： 52内有 2个 l6位的二进制加法计数器，一个用作定时器，另一个用作脉冲计数。 l6位二进制的最大计数值为 216 1=65535，不能满足精确测量的需要，虽然可以通过软件计数的方法来提高分辨率，但是 AT89C52内置计 数器的计数速率受 500KHZ（ 24M时钟）的限制，所以意义并不大。 74LS393的最大计数速率可达 50MHz，与 AT89C52内的 T0组成 24位的计数器，其最大计数值为 242 1=16777215，分辨率将大大提高 [10]。 另外，采用 74LS393的好处还在于它的清零端口可以与单片机的一个引脚相连，通过对单片机软件编程实现分频器 74LS393的自动清零和重新计数，就不再需要硬件电路来实现， 简化了电路的设计。 西南大学本科毕业论文（设计） 16 C L R2C L K1QA3QB4QC5QD6S N 74 L S 39 3N74 L S 39 3A820R5820R6820R7820R8820R9820R 10820R 11820R 12C L R12C L K13QA11QB10QC9QD8S N 74 L S 39 3N74 L S 39 3BP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7I N T 1T0P 3 . 0 图 45 分频电路 Frequency dividing circuit 单片机 AT89C52 频率测量电路选用 AT89C52 作为频率计的信号处理核心。 89C52 包含 2 个 16 位定时 /计数器、 1个具有同步移位寄存器方式的串行输入 /输出口和 8K 8位片内 FLASH 程序存储器。 16位定时 /计数器用于实现待测信号的频率测量或者待测信号的周期测量。 同步移位寄存器方式的串行输入 /输出口用于把测量结果送到显示电路。 8K 8位片内 FLASH 程序存储器用于放置系统软件。 32个 I/O口线使单片机外围能最大可能的扩展。 另外引脚在程序控制 下有第二功能，可供设计者灵活选择。 如当需要系统扩展时，则数据线和地址线低 8位分时复用通道 P0口，地址高 8位和其他信号可合用通道P2口，功能变换和选择由相应的指令完成。 单片机 I/O引脚一线多功能的特点方便了用户的设计，在组成系统时可自行选择 [11]。 在实际的设计中，将 AT89C52的 P1口设置为接收数据端口，通过分频器 74LS393分频后依次接到 P1口的 8个引脚。 将 P3口设置为第二功能。 ；； ； 用于定时。 将 P0口和 P2口设置为发送数据端口。 P0口的各引脚接到 74LS245的输入端，用于段驱动； P2口的各引脚接到 74LS06的输入端，用于位驱动。 单片机复位端（ RST）西南大学本科毕业论文（设计） 17 可采用内部软件复位，也可采用外部手动复位，实际操作也很方便。 这里采用外部手动复位，如图 46所示。 10uFC a pC7300R e s 2R 218KR e s 2R 22K E Yk1+5GNDR S T 图 46 单片机复位电路 The monolithic integrated circuit repositions the electric circuit 测量数据显示电路 如图 47所示。 一般而 言，数据显示有静态显示和动态显示两种。 所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通和截止。 它的优点是显示稳定，显示亮度大 ； 缺点是使用 的 数码管数量少。 正是因为它的这个缺点和本设计的要求，数字频率计的显示电路选择了采用动态扫描显示。 所谓动态显示，就是 LED显示器一位一位地轮流电亮（扫描）。 对于每一位 LED显示器来说，每隔一段时间点亮一次。 LED 显示器的亮度既与导通电流有关，也与 LED显示器点亮时间和间隔时间的比例有关。 通过调整 LED显示器的导通电流和时间比例参数，可以实现较高亮度且稳 定的显示 [11]。 具体工作过程是： LED显示器采用 共阴极 动态显示 形式， 8位 LED用两块四位集成的数码管连接组成。 频率计数结果以 BCD码的形式存放在 89C52的存储单元中，通过 P0口接到 74LS245上，控制 8位 LED的段选码；通过 P2口接到 74LS06上，控制 8位 LED的位选码。 74LS245是 8位总线驱动器，由芯片上的 T/R 引脚（ 1脚）控制数据的传输方向。 当 T/R =1时，数据从 A端传送到 B端；当 T/R =0时，数据从 B端传送 到 A端。 根据本设计的原理图知，数据是从 A端传送到 B端，因此设 T/R =1，即是高电平有效。 另外，由于 51单片机的 P0口没有上拉电阻，在将 P0口设置为输出端时，必须考虑在段驱动的每一段位上接入上拉电阻，使 LED显示管能够工作。 我们知道，单片机的 P1口扫描输出时总有一位为高电平，如果没有反相驱动器将这一位的高电平变成低电平，那在 LED上显示出来的将是乱码。 74LS06是六与非门反相驱动器，正好符合我们的设计要求。 由于是 8位 LED显示管，所以采用两个 74LS06来控制。 西南大学本科毕业论文（设计） 18 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T / V P D9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119GND20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V pp31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40A T 89C 52A T 89C 52OE19T / R1A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711A02B018V C C20GND10S N 74L S 245NS N 74L S 245N1 2S N 74L S 06NU 1A3 4S N 74L S 06NU 1B5 6S N 74L S 06NU 1C9 8S N 74L S 06NU 1D1 2S N 74L S 06NU 2A3 4S N 74L S 06NU 2B5 6S N 74L S 06NU 2C9 8S N 74L S 06NU 2DY0Y1Y2 Y4Y5Y6Y7+5+5b0b1b2b3b4b5b6b7Y3 A111H12F102H93H8B74H6E1D2DP3C4G5L E D *4l e d2A111H12F102H93H8B74H6E1D2DP3C4G5L E D *4l e d1+5100R e s 2R 13100R e s 2R 14100R e s 2R 15100R e s 2R 16100R e s 2R 17100R e s 2R 18100R e s 2R 19100R e s 2R 20b0b1b2b3b4b5b6b7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7图 47 测量数据显示电路 Survey data display circuit 西南大学本科毕业论文（设计） 19 硬件电路工作过程 首先 讨论一下定时器 /计数器的工作原理。 如图 48所示。 图 48 定时器 /计数器 T0、 T1的逻辑结构 Timer/Counter T0、 T1 logical anization 当控制信号 0/ TC 时 ， 定时器工作在定时方式。 加 1计数器对脉冲 f进行计数 ，每来一个脉冲计数器加 1， 直到计数器计满溢出。 由 上 图可以看出 ， 脉冲 f 是振荡器时钟频率 0f 的 12分频 ， 即脉冲频率 f 为时钟频率 0f 的 1/12。 显然 ， 一个计数脉冲的周期为一个机器周期。 计数器。