[计算机硬件及网络]毕业设计基于单片机的数字频率计设计

1、编号： 毕业设计说明书题 目： 基于单片机的数字频率计设计 院 （系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教授 、题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年5月 10日摘 要 在电子技术中，频率是最基本的参数之一，同时也是一个非常重要的参数，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。本文中详细介绍了频率

2、计的仿真及设计过程。本文设计了一种以单片机STC89C52为核心的数字频率计。介绍了单片机、放大整形模块、分频模块和LCD1602显示模块等各个模块的组成和工作原理。测量时，将被测输入信号送给单片机，通过程序控制计数，结果送LCD1602显示频率值。本次设计是以单片机STC89C52为控制核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率的换算，最后显示测量的频率值。本次设计所制作的频率计外围电路简单，大部分功能都通过软件编程实现，利用单片机控制实现频率计的自动换挡功能；用单片机中断控制端口实现频率的测量功能；通过分频电路实现对频率档位

3、的控制。本次设计的频率计具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。实现了1Hz4MHz范围的频率测量，而且可以实现量程自动切换。关键词：频率计；单片机；计数器；测量AbstractFrequency measurement is the most basic measurement in electronic field, while also a very important parameter, and with a number of the measurement results of electrical parameters have a very close relations

4、hip, so, the measurement of frequency has become more important. The digital frequency meter is an indispensable of measuring instruments in the field of scientific research and production of computers, communications equipment, audio and video. It is a decimal number to display the signals frequenc

5、y measuring instruments. The frequency measurement is one of the most basic measurement electronics measurements. Frequency of simulation and design process is described in detail in this article. This paper introduces a microcontroller STC89C52 as the core design of digital frequency meter. Introdu

6、ced of the composition and working principle of microcontroller, amplifying and shaping module, frequency division module and LCD1602 display module and other modules. The design is based on STC89C52 microcontroller for the control of the core, using its internal timer and counter to complete the te

7、st signal frequency measurement. Application control features of the microcontroller and the operational ability of the counting function and frequency conversion, and finally use displays the measured frequency value. The design frequency meter produced peripheral circuits is simple, most of the fu

8、nctions are controlled via software programming, application control features of the microcontroller to achieve the frequency of automatic shift function; frequency measurement functions the microcontroller interrupt control port; control of the frequency of stalls by the divider circuit. The design

9、 of the frequency meter is high accuracy, fast response, small size, etc. Achieve100Hz to 4MHz frequency measurements, and can automatically switch the flow to achieve scale. Key words：Frequency meter; microcontroller; counter; measurement目 录引言11 绪论21.1 频率计概述21.2 频率计发展现状21.3 数字频率计的种类32 总体方案设计42.1 数字

10、频率计设计内容42.2 频率测量原理42.3 总体思路52.4 具体模块53 硬件设计73.1 电路设计的内容和方法73.1.1 电路设计的步骤83.2 单片机概述83.2.1 STC89C52简介93.2.2 STC89C52RC引脚功能说明103.2.3 单片机引脚分配123.3 单片机最小系统133.3.1 单片机最小系统原理133.3.2 复位电路及时钟电路13 信号调理及放大整形模块143.4.1 LM318介绍143.4.2 1N4733及74LS14介绍153.5 分频模块153.5.1 74LS161介绍153.5.2 74LS153介绍163.6 LCD显示和键盘173.6.

11、1 LCD1602简介173.7 MAX232简介204 系统软件设计224.1 软件设计224.1.1 主程序流程图设计224.1.2 子程序流程图设计224.2 Keil和Proteus软件介绍254.2.1 Keil简介254.2.2 Proteus简介264.3 程序编写及仿真图设计275 调试285.1 系统调试285.2 软件调试295.3 软硬件联合调试305.4 误差分析306 总结32谢 辞33参考文献34附录35引言 频率计是我们在电子电路实验中经常会用到的测量仪器之一，它能将频率用液晶显示器或者数码管直接显示出来，给测试带来很大的方便，使结果更加直接；且频率计还能对其他多

12、种物理量进行测量，如声音的频率、机械振动的频率等，都可以先转变成电信号，然后用频率计来测量。研究频率计的设计与制作将会对我们的生活有很大意义。现代的频率计多是用LED数码管显示的，其结果不明确，表示也不直接，研究液晶显示的频率计的发展很有意义。数字频率计是一种用十进制数显示被测信号频率的数字测量仪器，被测信号可以是方波，三角波，正弦波或其它周期性信号。如果配上适当的传感器，还可以对多种物理量进行测量，比如转速，声音频率，机械振动的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器，它的基本功能是测量方波信号、三角波信号、正弦信号以及其它各种单位时间内变化的物理量。它被广泛应用于航天

13、、电子、测控等领域。纵观现在的数字频率计，其基本原理都是一样的，频率是单位时间（1s）内信号发生周期变化的次数，如果我们可以在给定的1s时间内对信号波形进行计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计算这一段时间间隔内的脉冲数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。但现在的频率计的显示部分都是LED数码管，显示内容是BCD码，不直观，如果用LCD液晶来显示，会使输出结果更直接，更便于观察。正因如此，所以未来数字频率计的发展必定会向液晶显示方向发展。随着数字电子技术

14、的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。1 绪论频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。1.1 频率计概述频率是电子技术领域的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数，因此，频率测量已成为电子测量领域最基本最重要的测量之一。随着科学技术的不断发展和提高，人们对科技产品的要求也相应的提高，数字化的电子产品越来越受到欢迎。频率计作为比较常用和实用的电子测量仪器，广泛应用于科研机构、学校

15、、家庭等场合，因此它的重要性和普遍性勿庸质疑。数字频率计具有体积小、携带方便；功能完善、测量精度高等优点，因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。比如：将数字频率计稍作改进，就可以做成可以测频率，又能测周期、占空比、脉宽等功能的多用途数字测量仪器。将数字频率计和其他电子测量仪器结合起来，制成各种智能仪器仪表，应用于航空航天等科研场所，对各种频率参数进行计量；应用在高端电子产品上，对其中的频率参数进行测量；应用在机械器件上，对机器振动产生的噪声频率进行监控；等等。研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断改进、性价比的提高和实用性的加强。以前的频率计大多采用TTL数字电

16、路设计而成，其电路复杂、耗电多、体积大、成本高。随后大规模专用IC（集成电路）出现，如ICM7216，ICM7226频率计专用IC，使得频率计开发设计变得简单，但由于价格较高，因此利用IC设计数字频率计的较少。现在，单片机技术发展非常迅速，采用单片机来实现数字频率计的开发设计，实现频率的测量，不但测量准确，精度高，而且误差也很小。在这里，我将介绍一种简单、实用的基于单片机STC89C52的数字频率计的设计和制作。 1.2 频率计发展现状 在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出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

17、系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，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、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。 由于当今社会的需要，对信息传输和处理的要求不断提高，对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前，测量频率的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单，但精度不高。频差倍增法和周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法，这种方法是将

18、被测信号和参考信号经过频差倍增使被测信号的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进行多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下，得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度，但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。提供给消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。数字频率计是现代通信测量设备系统中必不可少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能方便的改变频率。 数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式

19、：（1）直接式优点：速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。 （2）锁相式优点：相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。 （3） 直接数字式优点：电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。1.3 数字频率计的种类现在市面上通常使用的数字频率计主要有以下几种：（1）采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转开关换挡，完成频率，周期以及脉宽等功能的计数器。此种数字频率计是较早时期的电子产品，到现在中小规模集成电路应用技术不断完善时，它的应用也不断得到加强。但很明显，此种数字频率计已处于淘汰阶段，由于其自身不具备智能化、自

20、动化，完全借助于机械示的操作，对一些智能的频率计功能已无法完成，所以，现在使用这种数字频率计的已经很少。（2）采用现场可编程门阵列（CPLD/FPGA）作为系统控制核心制成的数字频率计。通过EDA技术和硬件描述语言（VHDL）对进行数字频率计的设计。这种技术是在近几年才发展起来的新技术，具有很大的发展空间和应用价值。（3）采用单片机为系统控制核心的数字频率计。这种数字频率计具有非常明显的优势：体积小，所用芯片少，精度高，测量范围广，易于扩展功能，智能化、自动化强度高，便于控制。因此采用单片机技术设计数字器件已逐渐成为主流。2 总体方案设计2.1 数字频率计设计内容 本题主要研究以单片机为核心辅

21、以信号处理电路实现对输入信号的频率进行测量。通过对信号预处理电路，包括信号放大电路、信号变换电路、信号整形电路和分频电路相关的理论知识，以及单片机工作原理、接口技术和编程命令及方法等知识的深入学习理解，在多种方案中选择并确定一种不论是硬件实现还是测量精度和测量范围指标较合适的方案，实现基于单片机的数字频率计设计。该设备通过信号预处理电路，将各种输入信号进行处理，使信号变成高低电平形式的矩形波信号，再与单片机进行接口，再通过单片机的中断和各种程序进行运算，最后显示出计算结果，得到输入信号的频率值。通过本次课题设计，使学生更加巩固所学理论知识，并通过查阅、消化相关资料，自学相关设计硬件，完成设计方

22、案的理论分析，并进一步设计、制作实际电路，从而达到理论与实践相结合的效果。培养分析问题、解决实际问题的能力，并具备一定的硬件电路设计、调试能力。参数要求如下：1、装置测量频率范围在1HZ-4MHZ之间；2、测量误差为0.1%；3、用LCD1602液晶显示器显示结果；4、可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形的周期信号。2.2 频率测量原理频率测量的原理总结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。被测信号，通过输入通道的放大器放大后，进入整形加以整形变为矩形波，并送到主门的输入端。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻

23、辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式： （2-1）图2.1说明了测频的原理及误差产生的原因。在图2.1中，假设时基信号为1KHZ，则用此法测得的待测信号为1KHZ9.1%。这个误差是比较大的，实际上，测量的脉冲个数的误差会在1之间。假设所测得的脉冲个数为N，则所测频率的误差最大为。显然，减小误差的方法，就是增大N。本频率计要求测频误差在1以下，则N应大于1000。通过计算，对1KHZ以下的信号用测频法，反应的时间长于或等于10s，。由此可以得出一个初步结论：测

24、频法适合于测高频信号。 图2.1 测频原理频率计数器严格地按照公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测频率在计数器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的1量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为： 。 应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T两个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。 上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。2.3 总体思路频率计是我

25、们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对信号脉冲进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机STC89C52的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率时采用外部分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频。该频率计实现100HZ-4MHZ的频率测量,LCD1602液晶显示器显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。该设备通过信号预处理电路，将各种输入信号进行处理，使信号变成高低电平形式的矩形波信号，通过分频模块，再与单片机进行接口，再通过单片机的中断和计数各种程序进行运算，最后显示出计算结果，得到输入信号的频率值。2.4

26、具体模块本次设计包含硬件设计与软件设计两部分。根据上述系统分析，数字频率计硬件系统设计共包括五大模块：放大整形模块、分频模块、单片机控制模块、键盘模块及显示模块。各模块作用如下：（1）放大整形模块：放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求。整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。（2）分频模块：考虑单片机外部计数，使用12 MHz时钟时，最大计数速率为500 kHz，由于本次设计要求测量的最高频率是4MHz，因此需要进行外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，同时也降低了系统的测频误差。（3）单片

27、机控制模块：以STC89C52单片机为控制核心，用它来完成待测信号的计数和显示以及对分频的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。单片机STC89C52内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。(因为STC89C52所需外围元件少，扩展性强，测试准确度高。（4）按键模块：包括三个按键，S1、S2为频率/周期、闸门时间加/减按键，还有一个是确定键，在测量较低频率时，可以改变闸门时间，提高测量精度，也可以选择频率或者周期来显示测量结果。（5）显示模块：显示电路采用LCD1602液晶显示器显示，使测量结果更直观的显

28、示出来。综合以上分析，频率计硬件系统设计有单片机控制模块、放大整形模块、分频模块、键盘模块及显示模块等组成，频率计的硬件总体设计框图如图2.2所示。 图2.2 硬件总体框图 简单说来，本系统实际用LM318对待测信号进行放大，再用稳压二极管1N4733对信号进行限幅，然后经过74LS14反相器整形得到方波信号，接着送74LS161进行分频，最后送单片机P3.5内部计数器进行计数，单片机处理数据后送LCD1602显示。下面一章将介绍整个电路的设计过程。电路的基本功能是实现电子产品开发设计的技术和功能，使电路具有某种特定功能，必须进行电路的设计和制作。设计是使某一电路具有某种功能，制作则是设计过程

29、的电路实物化。3 硬件设计电路的设计既是一门科学，又是一门艺术，实现同样的技术指标，不同的人会有不同的设计方案。3.1 电路设计的内容和方法电路设计一般包括：拟定性能指标，电路的预设计，实验和修改设计等环节。衡量设计的标准是：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成本低；所采用的元器件品种少、体积小，且货源充足；便于生产、测试和维修。电路设计的基本方法有：借鉴设计法、近似设计法、分解组合设计法。（1）电路设计的基本内容电路设计的基本内容主要包括以下几个方面：电路设计技术的先决条件。选择合适的元器件的种类。设计电路原理图。接线图、安装图、装配图。制定电机和电子元器件明

30、细表。画出电路的总布局图。设计电路板、接线板以及安装零件。编写程序和计算说明书。（2）电路设计的基本方法借鉴设计法接到设计任务或确定设计目标后，设计者应结合产品，进行调查研究，选取可以借用或借鉴的实用电路。一般情况下，有许多原理和技术上可以借用的电路，设计人员得对电路进行改进和元件调整，以适应设计需要。借用的电路已经经过实践和时间的考验，更有工程价值，这样做不仅可以缩短设计周期，而且新设计的电路在技术，性能，成本等各方面都得到提高，这样才会被工程上接受。近似设计法近似设计法是电路设计的又一种方法。在实际应用中，理论可以给设计者一个清晰的思路，但理论与实际不同。在电路设计中，由于元件受多方因素的

31、影响，往往采取“定性分析、定量估算、实验调整”的方法，所以只需进行粗略计算，帮助近似确定电路参数的取值范围，参数的具体确定借助于实验调整和计算机仿真来完成。分解、组合设计法在设计电路时，电子线路按照功能的不同可以划分为各个子模块，各模块参照具体电路进行设计，然后组合统调。由功能电路组合成大系统时，由于子模块之间存在负载效应的影响，而使电子产品整体性能下降。因此，在由大系统分解为子系统时，不仅要注意功能分解，而且还要合理分配性能指标。3.1.1 电路设计的步骤（1）课题分析根据本次设计的要求，先弄清楚即将设计的系统要实现的功能和原理，再确定电路的基本形式，根据设计的可行性做出估计和判断，确定设计

32、的技术关键解决的问题。（2）设计方案论证选题不管哪种（除了调查研究之外）都要论证它的可行性。论证分为立论和驳论两种。（3）总体方案的选择根据任务书提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。（4）单元电路的设计与确定在确定总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。在电路结构简单，成本低，性能强的基础上，根据设计要求和总体方案的原理框图来确定各单元电路。设计每一个单元的电路图。根据相关资料确定单元电路的结构形式。根据设计要求，调整元件，估算参数来选择元器件。（5）总电路图画法总电路图的一般的绘制方法如下：根据信号的流

33、向，从左到右或从上到下按信号流向依次画出各单元电路。尽量把总电路图画在一张图样上电路中所有连线都要表示清楚，各元件间的绝大多数连线应在图样上直接画出。符号应标准化。先画草图，调整好布局和连线后，再画出正式的总电路图。（6）审图由于有些问题考虑不周，各种计算可能出现错误，所以，在画出总电路图并计算全部参数之后，要进行全面审查。3.2 单片机概述自1983年Intel公司推出8051单片机系列至今已有20年，Atmel公司把8051内核与其擅长的Flash制造技术相结合，推出了片内集成可重复擦写1000次以上Flash程序存储器、低功耗、8051内核的AT89系列单片机。该系列的典型产品有AT89

34、C51、AT89C52、AT89C1051和AT89C2051，在我国的单片机市场上占有相当大的份额，得到了广泛的使用。由于8051本身结构的先天性不足及近年来各种采用新型结构和新技术的单片机的不断涌现，现在的单片机市场百花齐放。Atmel在这种强大的市场压力下，发挥Flash存储器的技术特长，于1997年研发并推出增强型内置Flash程序存储器的精简指令集RISC的新型高速8位单片机，简称AVR单片机，可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。3.2.1 STC89C52简介STC89C52RC是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM

35、-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。2.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.

36、0V（3V单片机）。3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz。4.用户应用程序空间为8K字节。5.片上集成512字节RAM。6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8.具有EEPROM功能。9.具有看门狗功能。10.共3个16位定时器/计数器。即定时器

37、T0、T1、T2。11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。14.PDIP封装。STC89C52RC单片机的工作模式：l A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。l 空闲模式：典型功耗2mA。l 正常工作模式：典型功耗4mA7mA。l 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体

38、情况，使用双列直插DIP-40的封装。STC89C52RC引脚如下图3.1所示。 图3.1 STC89C52RC引脚图 3.2.2 STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源输入，接5V电源VSS（20引脚）：接地线P0端口（，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻

39、。P1端口（，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。此外，和还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（）和定时器/计数器2的触发输入（），具体参见下表：在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。和引脚复用功能引脚号功能特性T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P2.0P2

40、.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验

41、期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（IIL）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表3.2所示：表3.2 P3口引脚复用功能引脚号复用功能RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）（外部中断0）（外部中断1）T0（

42、定时器0的外部输入）T1（定时器1的外部输入）（外部数据存储器写选通）（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入引脚。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出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/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然

43、而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须

44、接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。STC89C52主要功能如表3.3所示。表3.3 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件

45、设置睡眠和唤醒功能3.2.3 单片机引脚分配根据本次系统设计及各模块的需要分析，单片机的引脚分配如表3.4所示。 表 3.4 单片机端口分配表模 块端口功能显示模块LCD频率值显示分频模块P3.1-P3.2通道选择P3.5被测信号输出按键键盘设置3.3 单片机最小系统 根据任务书中的任务、要求以及各种指标，下面介绍数字频率计系统电路的设计。根据实际需要，本次设计的硬件系统主要包括以下几个部分：放大整形模块、分频模块、STC89C52单片机最小系统模块、按键模块及显示模块，下面将分别给予介绍。3.3.1 单片机最小系统原理高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更

46、多的功能。但是高速对于系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取12.000M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。STC89C52单片机最小系统如图3.2所示。图3.2 单片机最小系统原理图3.3.2 复位电路及时钟电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：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 手动复位有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程

47、中，经常需要手动复位。所以本次设计选用手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，在这次设计电路时采用的是前面的那种复位方式，即按键电平复位。 信号调理及放大整形模块 前置放大整形模块包括放大器LM318、稳压管1N4733A,施密特触发器74LS14。反相输入的运算放大器的放大倍数为RL2/RL1，系统的整形电路由施密特触发器组成，信号经过放大后，要进行稳压，防止烧坏后面的芯片，整形后的方波送到74LS161分频，然后送单片机以便计数。 由于输入的信号幅度是不确定、可能

48、很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图3.5所示：图3.5 信号整形放大原理图3.4.1 LM318介绍LM318运算放大器是美国国家半导体公司生产的通用型运放系列中速度最快的器件。与其它种类的通用型运放相比具有电压转换速率高、频带宽、输出动态范围大、较完善的保护电路等突出优点。适合于在脉冲信号放大器、宽带放大器、中频放大器、宽频带信号发生器、快速A/D转换器、高速比较器等电路中应用。主要应用数据如下：输入失调电压：4mV；偏置电流：150nA；增益带宽积：15M

49、Hz；转换速率：70V/us；耗电流：5mA；电源：+/-20V 。3.4.2 1N4733及74LS14介绍1N4733:是精密稳压二极管。主要技术数据：最大耗散功率Pzm=1W；稳定电压Vz=5.1伏；最大工作电流Izm=179毫安。非门芯片74LS14 是一个6反向器，A端为输入端，Y端为输出端，一片芯片一共6路，即 1，3，5，9，11，13 为输入端，2，4，6，8，10，12 为输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平，那么输出为低电平。如果输入端为低电平，输出为高电平。3.5 分频模块前面已经提过，由于测量频率范围比较宽，而且最高测量值要求要达到4MHz，为了达到测量

50、要求以及提高测量精度，这里我用74LS161作为一个4分频和16分频电路。分频器可用来降低信号的频率，是数字系统中常用的电路。分频器的输入信号频率与输出信号频率之比称为分频比N。N进制计数器可实现N分频器。74HC161与74LS161功能兼容，是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能。 74LS161对整形后的方波信号进行分频，Q1为四分频输出，Q3为十六分频输出。未经分频、经过四分频和经过十六分频的三路信号作为74LS153的一个4选1数据选择器的低三位输入，由单片机控制选择分频系数，然后再送单片机内部计数器T1，其

51、原理图如图3.6所示：图3.6 分频模块3.5.1 74LS161介绍74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能，时钟CP和四个数据输入端P0P3，清零/MR，使能CEP，CET，置数PE，数据输出端Q0Q3，以及进位输出TC (TC=Q0Q1Q2Q3CET)。表3.5为74161的功能表。表3.5 74161的功能表清零RD预置LD使能EP ET时钟CP预置数据输入A B C D输出Q0 Q1 Q2 Q3L L L L LHL 上升沿A B C DA B C DHHL 保 持HH L 保 持HHH H上升

52、沿 计 数 其中RD是异步清零端，LD是预置数控制端，A、B、C、D是预置数据输入端，EP和ET是计数使能端，RCO(=ET.QA.QB.QC.QD)是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。计数过程中，首先加入一清零信号RD0，使各触发器的状态为0，即计数器清零。RD变为1后，加入一个置数信号LD0，即信号需要维持到下一个时钟脉冲的正跳变到来后。在这个置数信号和时钟脉冲上升的共同作用下，各触发器的输出状态与预置的输入数据相同，这就是预置操作。接着EP=ET=1,在此期间74161一直处于计数状态。一直到EP=0，ET1，计数器计数状态结束。从74LS161功能表功能表中可以知道

53、，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3；清零/MR；使能CEP，CET；置数

54、PE；数据输出端Q0Q3。其管脚图如图3.7所示。 图3.7 74LS161管脚图 图3.8 74LS153管脚图 3.5.2 74LS153介绍 74LS153是一个双4选1数据选择器，数据选择端（AB）为两组共用，按二进制译码，以供两组从各自的4个数据输入端（1C0-1C3,2C0-2C3）中分别选取一个所需数据，只有在两组各自的选通端（1G、2G）为低电平时才可选择数据，1Y、2Y分别为两个输出端。其管脚图如图3.8所示。3.6 LCD显示和键盘 LCD1602显示部分，通过调节变阻器调节LCD背光亮度，八位数据端口接单片机P0口，读写控制端接P2.0-P2.2。三个按键中，设置键接P3.2单片机按外部中断0接口，当按键按下后，置P3.2口低电平，单片机中断。S1、S2为频率/周期、闸门时间加/减 选择按键，按键部分的工作原理是，根据按下设置键的时间长短，可以设置闸门时间或者选择测量结果的显示方式，闸门时间可以加也可以减，显示方式有频率和周期两种，按键部分也是单片机控制，原理图如图3.9所示：图3.9 显示及按键部分3.6.1 LCD1602简介 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的