基于单片机的数字频率计的设计.doc

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1、目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1本课题研究的意义11.2数字频率计的发展现状11.3研究内容与任务要求2第2章 系统总体方案42.1各参数测量方案42.1.1频率测量42.1.2周期测量42.1.3脉宽测量42.1.4占空比测量42.2设计原则42.3设计思路52.4总体方案设计与论证6第3章 系统硬件电路设计83.1主系统的构成及工作原理83.2核心控制电路设计83.2.1 AT89S51单片机芯片83.2.2晶振电路设计113.2.3复位电路设计113.3稳压电源电路设计123.4信号整形电路设计133.5信号分频电路与数据选择电路设计143.6功能按键电路选择与设

2、计153.7显示电路选择与设计16 3.8 RS-485双机通信接口电路17第4章 系统软件设计194.1基础软件流程图194.1.1主程序流程图194.1.2测频率子程序流程图204.1.3测脉宽子程序流程图204.2系统工作流程图214.2.1定时器T1的1s定时224.2.2计数器T0的计数原理224.3软件工作原理及处理方法234.3.1软件工作原理234.3.2软件处理方法23第5章 系统仿真与分析245.1系统软件调试245.2仿真与分析245.2.1仿真245.2.2分析27总 结28致 谢29参考文献30附 录131附 录232摘 要 频率计是数字电路中的一个常用的测量仪器，该

3、仪器用到的元器件较多，而且测量时会产生比较大的延时，可靠性差，造成测量误差。随着单片机的大规模的应用，单片机在频率测量方面也越来越多的被使用。本论文使用AT89S51这种低功耗,高性能的芯片，设计出的数字频率计，具有稳定性高，测量快速和准确的特点。在工业生产上和实验测量上应用十分方便。 本次设计就是要通过以AT89S51单片机为控制核心，实现对信号频率进行准确计数。频率计由电源模块、整形模块、分频模块、数据选择模块、单片机核心控制模块、功能按键模块、LCD1602显示模块组成，实现对频率进行测试并通LCD1602显示出来。软件部分的单片机控制程序，是以Keil 作为开发工具用C语言编写而成，而

4、数字频率计的实现则是选用Proteus仿真软件来模拟和测试，最后通过综合调试，能实现所有要求的功能，完全满足本次设计的要求。关键词 AT89S51；数字频率计；Proteus；Keil；LCD1602 ABSTRACTFrequency in digital circuit is a commonly used measuring instruments, the instrument more of the components used, and measurements will produce larger delay, reliability, and causes measurem

5、ent errors.As the large-scale Application of Single Chip machine, Single - Chip Microcomputer in terms of frequency measurement being used more and more. This paper uses AT89S51 this low power consumption, high performance chips, the design of digital frequency meter, with higher stability, the meas

6、urement characteristics of the fast and accurate.In industrial production and application of measurement is very convenient. The design is by AT89S51 Single - Chip Microcomputer to control core, achieving an accurate count of the signal frequency. Frequency by the power supply module, plastic and fr

7、equency modules, data selection and control of single chip processor core modules, function keys, LCD1602 display modules consisting of implementation to test and LCD1602 the frequency is displayed.Single - chip computer control software, is using Keil as a development tool written in C language int

8、o selection and implementation of digital frequency meter is Proteus simulation software to simulate and test, and finally through the integrated debugging, can realize all of the required features, fully meet the design requirements. Key Words AT89S51；Numeral Frequency Meter；Proteus；Keil；LCD1602 第1

9、章 绪 论1.1本课题研究的意义 在电子技术中，频率是一种最基本的参数，并与其他许多电参量的电子测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。因此，它在教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其他领域都有广泛的应用。频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度、稳定度、分辨率和测量速率。在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。数字频率计作为测量仪器的一种，它的基本功能是测量信号的频率和周期，其操作简单，量程宽，可靠性高，价格低。除通常常用计数器多具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析，时域分析功能等，因此，数字频率计的研究具有实

10、际应用价值。 1.2 数字频率计的发展现状 随着微电子技术和计算机的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等。 现如今，数字频率计测量精度高，稳定度高，速率高，操作简单，直接显示数字，易于实现测量过程自动化，同时它还是其

11、他数字化仪器的基础，在它的输入通道接入各种模-数变换器，在应用相应的换能器便可制出各种数字化仪器，因此它在工业生产和科学实验中得到越来越广泛的应用。目前数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式 （1）直接式速度快、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）直接数字式电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。其中，锁相式更是以其实现相位同步的自动控制且低功耗的特点成为众多业内人士的首选，应用最为广泛。 国际上数字频率计的分类： 按功能分类；有通用型和专

12、用型。（1）通用型：是一种有多种测量功能，多种用途的万能计数器，它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等。若匹配相应插件，就可以测量相位、电压、电流、功率、电阻等电量。匹配相应的传感器还可以测量长度重量、压力、温度、速度等非电量的测量。（2）专用型：用来测量某种单一功能的计数器，如频率计数器，时间计数器、特种计数器、差值计数器、倒数计数器等。按频段分类；有低速计数器、中速计数器、高速计数器、微波频率计数器。（1）低速计数器：最高计数频率10MHz（2）中速计数器：最高计数频率 10100MH z（3）高速计数器：最高计数频率 100MHz（4）微波频率计数器：最高计数频率

13、180GHz 国际国内通用数字频率计的主要技术参数：1频率测量范围 电子计数器的测频范围，低端大部分从10Hz开始；高端则以不同型号的频率计而异。因此高端频率是确定低、中、高速计数器的依据。如果装配相应型号的变频器，各种类型的数字频率计的测量上限频率，可扩展十倍甚至几十倍。2周期测量范围 数字频率计最大的测量周期，一般为10s，可测周期的最小时间，依不同类型的频率计而定。对于低速通用计数器最小时间为1s；对中速通用计数器可小到0.1s。3晶体振荡器的频率稳定度 晶体振荡器的频率稳定度，是决定频率计测量误差的一个重要指标。可用频率准确度、日波动、时基稳定度、秒级频率稳定度等指标，来描述晶体振荡器

14、的性能。 1.3 研究内容与任务要求本论文研究的是以单片机为核心设计的一种数字式频率计，以单片机为智能控制器件，结合外围电子电路，实现数字频率计测量频率、周期等功能。具体研究内容如下: （1）单片机最小系统模块 （2）供电模块 （3）显示模块 （4）键盘模块 （5）显示程序模块 （6）键盘程序模块 （7）频率、周期、脉宽、占空比测量程序模块拟达到的要求或技术指标具体如下： （1）测量参数 频率、周期、脉宽、占空比。 （2）被测信号频率范围 1HzF1MHz。 （3）被测周期信号频率 1sT1s （4） 频率值精确到1Hz，周期和脉宽值精确到1s，而占空比值精确到0.01。第2章 系统总体方案2

15、.1各参数测量方案2.1.1频率测量使用定时器/计数器测频, 其中计数器T0计数，定时器T1为定时工作方式，并且定时的时间为1秒，在一秒内计算信号的高脉冲次数，得到的高脉冲数值便是被测信号的频率。2.1.2周期测量方案一:使用定时器T1，其中定时器T1为定时工作方式，检测信号输入口经过一次高低电平变化后所需的时间，得到的数值便是被测信号的周期。方案二:可以通过所求出的频率,利用公式T=1/F,求出周期。由于方案二本来就是测频率的方法，并且求公式值若不能被整除，会有较大的误差，从而不好估计频率值，而第一种方案直接可以测出信号的频率，经过显示在液晶屏上，因此本设计选择方案一。2.1.3脉宽测量方案

16、一:可直接在示波器显示屏上读出某个高电平时间，及脉宽长度。此种方法在使用的过程中会有外界噪声的干扰，造成一定的误差，所以测量数据误差较大，不宜采用。方案二:由单片机最小系统通过设计不同频率的矩形波程序产生，测输入信号的脉冲宽度，同样用定时器T1计算输入口经过一次高电平所需的时间，得到的数值便是被测信号的脉宽。经过比较，方案二的精度较高受外界的噪声影响极小，误差小，稳定性比方案一要高，以此本设计采用方案二。2.1.4占空比测量调用测脉宽和测周期子程序，再对测得的数据进行处理，送入除法子程序，除得的商值再乘以100便是被测信号的占空比。通过单片机依据人的思维来计算，因此精确度高，误差小。2.2设计

17、原则1、可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波；系统自诊功能等。2、操作简单在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此，在设计时多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，一边于维修。3、性价比除了体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机

18、应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能以外，要尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度容许情况下尽可能用软件功能取代硬件功能。2.3设计思路本次数字频率计设计区别于专用数字频率计，根据设计任务和要求，此数字频率计属通用型，要求比较常见，根据应有的功能提出以下设计思路:1.稳压电源模块：考虑到供电稳压性，防止外部断电时，仪器损坏或数据丢失，所以必须有一个稳压模块。2.信号整形模块：考虑到单片机可以处理方波，待测信号的未知性，我们需要一个整形模块，将这些未知的信号整形成方波，使得单片机能够处理。3.信号分频处理模块：由于常用的单片机都是12M晶

19、振，通过计算得到单片机能处理最大的频率为500KHz，达不到1MHz的要求，这里就存在一个分频问题，如何将更高的频率信号缩小成单片机能处理的信号。4.数据选择模块：由于上面采用了分频器，那么如何让系统知道分频器采用了几分频，就像万用表分档位一样，这就需要数据选择器做分频器的档位选择，是系统做出准确的结果。5.核心控制模块：单片机是时钟信号来源，有内部晶振电路产生，本系统以单片机作为系统核心控制单元，通过单片机对系统各部件的控制来实现整个电路的信号频率采集，测量，转换数据及显示最终结果的功能。6.键盘控制模块：考虑到本设计测量参数较多，包含频率、周期、脉宽、占空比等，所以需要应用按键控制系统一一

20、测量各参数，以达到系统操作更加简便，测量过程更加清晰，结果更加一目了然。7.数据显示模块：本设计作为一个频率及仪表，系统测量的结果必然要以数字或图像的形式显示出来。2.4总体方案设计与论证 方案一主要构成部分：信号整形部分、单片机控制部分、时基电路部分、数据锁存部分和数据显示部分。整体结构框图如图2-1所示。数据锁存部分信号整形部分单片机部分时基电路部分显示部分图2-1 方案一结构框图方案一基本流程：待测信号进入系统，信号整形将其整形成脉冲，另一方面时基电路提供标准的时基脉冲，在其上升沿达到1s时结束计数，而在这1s内测的整形后的脉冲频率就是待测信号的频率。之后单片机送数据锁存并等待命令，若继

21、续测量则返回测量，此时仍可将数据送去显示，若无继续测量命令，则直接送去显示。方案一优缺点：这个设计的方案关键是555定时器构成的多谐振荡器是否能提供标准的脉冲，实际上，现实中很难做到精确1s的，因此这点把握不好将直接影响测量结果的精度。方案二主要构成部分：信号整形部分，信号分频部分，数据选择部分，单片机部分和显示部分。整体结构框图如图2-2所示。显示部分数据选择部分信号整形部分分频处理部分单片机部分 图2-2 方案二结构框图 方案二基本流程：待测信号进入系统待测信号进入系统，信号整形将其整形成脉冲，经过分频器，分拼出两个信号，一个给选择器，一个给单片机，数据选择器处理后也将信号给单片机，经过运

22、算处理，最后送给显示部分。方案二优缺点：利用分频器应对大量程的测量，相对于方案一的优势是，若待测信号频率不大的话，是不用进行分频的。这样就不存在方案一中的问题。但是方案二也有它的缺点，就是当待测频率较大时要进行分频，这样做是对原频率的破坏，很可能出现一定的偏差。方案比较：这两种方案各有其优缺点，虽然在理想状态下两种方案都可行，但是，在本次设计中考虑到在目前的实验条件下难以使用555定时器做到精确的1s计时，而且在测量小频率时方案二可以避免破坏原频率而得到较准确的数据，本设计的初衷也是通用型的，简单实用，符合要求就好，不必要的尽量省去，通过慎重考虑最终选择方案二。 第3章 系统硬件电路设计3.1

23、主系统的构成及工作原理根据设计要求，所要设计的系统除了达到最基本测量频率的功能外还必须有一定精度，一定的测量范围和一定的适应波形。主系统框架图如图3-1所示。整体电路包含了以下部分，分别是电源模块、信号整形模块、分频处理模块、数据选择模块、单片机模块、数据显示模块以及其它辅助电路。系统时钟采用内部晶振方式，约为12MHz。 核 心 控 制 模 块AT89S51周期信号入口数选模块74LS151显示模块LCD1602电源模 块晶振电 路整形模块 LM393分频模块CD4518双机通信接口复位电 路 图3-1 系统框图数字频率计工作原理：待测信号通过接口输入信号整形部分LM393，整流模块LM39

24、3将未知信号转换为所需方波信号，整流出来的方波通过分频器CD4518，然后信号输入到数据选择器74LS151，数据选择器74LS151将最后的选择结果传输给单片机AT89S51，此时由单片机控制选择不同的分频信号，并将信号的频率计数，转换为相应的代码发往液晶显示器LCD1602输出显示结果。3.2核心控制电路设计 本设计用AT89S51单片机为核心控制器件，核心控制系统主要由晶振电路，复位电路和单片机芯片组成。3.2.1 AT89S51单片机芯片AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器（图3-2），具4K在系统可编程Flash存储器。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适

25、于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S51具有以下标准功能： 4K字节FLASH，128字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，2个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为

26、止。 图3-2 AT89S51引脚P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。 在FLASH编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4个 TTL 逻辑电平。对P1 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

27、由于内部电阻的原因，将输出电流。P2 口：P2 口是一个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P2 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原因，将输出电流。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在FLASH编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向

28、I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4个 TTL 逻辑电平。对P3 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原因，将输出电流。 P3口亦作为AT89S51特殊功能（第二功能）使用，如下表3-1所示。 表3-1 P3口第二功能定义引脚第二功能说明P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外中断0P3.3INT1外中断1P3.4T0定时/计数器0P3.5T1定时/计数器1 P3.6WR外部数据存储器写选通 P3.7RD外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平

29、将是单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSE

30、N）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路

31、的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 3.2.2晶振电路设计AT89S51单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，有条不紊、一拍一拍的工作。因此时钟频率直接影响单片机的速率，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英振荡和陶瓷震荡均可采用，如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。这里采用片内振荡器，这样为单片机提供时钟信号较方便，并且性能稳定。这是在XTAL1和XTAL2之间接入一个12MHz的石英晶体及两个陶瓷电容（其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f其微调作用，C1、C2

32、变大，f变小）构成并联谐振电路(如图3-3所示)。选用12MHz的石英晶体从而使得单片机的机器周期为1s。XTAL2XTAL1 图3-3 晶振电路图3.2.3复位电路设计单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。本次设计采用手动按钮复位方式。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。

33、一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如图3-4所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。RST 图3-4 复位电路 单片机最小系统如图3-5所示。 图3-5 单片机最小系统3.3稳压电源电路设计 本设计采用三端稳压器，当外部断电时，凭借三端稳压器的强大功能，可以在一定的时间内保持稳定的电源，防止仪器损坏或数据丢失。稳压电源电路如图3-6所示。 图3-6 稳压电源电路3.4信号整形电路设计将未知信号转换为方波有很多方法，例如，施密特触发器，传统的运放以及电

34、压比较器等等。施密特触发器有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变化为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度达到某一值时，即可在施密特触发器的输出端得到一个同等频率的矩形脉冲信号。电压比较器可以看做放大倍数接近无穷大的运算放大器。电压比较器的功能:比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系） 当“+”输入端电压高于“-”输入端电压时，电压比较器输出电压为高电平；当“+”输入端电压低于“-”输入端电压时，电压比较器输出电压为低电平； 电

35、压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可以将连续性周期的波形矩形波。电压比较器整形电路如图3-7所示。 图3-7 电压比较器整形电路 由于本设计的初衷是通用型的，简单实用，符合要求就好，不必要的尽量省去，最终选择LM393。 3.5信号分频电路与数据选择电路设计 分频与数据选择是由两个部分组成的，即分频部分和数据选择部分。分频部分选用CD4518如图3-8所示。CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q0=1，Q3=0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q0=Q1=1时，每输入一个时钟

36、脉冲Q2翻转一次；当Q0=Q1=Q2=1时或Q0=Q3=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元遍自动回复“0”态。利用这一性质我们就可以通过两片CD4518 芯片得到十分频、一百分频和一千分频和一万分频的脉冲信号。 图3-8 CD4518引脚 图3-9 74LS151引脚数据选择部分采用74LS151,其引脚如图3-9所示。74LS151为互补输出的8选1的数据选择器。使能端为1时，不论引脚9、10、11状态如何，均无输出，多路开关被禁止。使能端为0时，多路开关正常工作，根据地址码，即引脚9、10、11的状态选择I0到I7中某一

37、个通道的数据输送到输出端。如此说来只需将原信号接I0，再分别将分频器分出的十分频、一百分频、一千分频和一万分频的脉冲信号接8路模拟开关74LS151的I1、I2、I3、I4、，使用单片机通过引脚11、10、9控制74LS151来选择不同的分频信号就可以实现所要的功能了，具体连接方式如图3-10所示。 图3-10 分频数据选择电路3.6功能按键电路选择与设计 功能按键电路主要由键盘构成，常见的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘。 (1) 独立式键盘 一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O 口线，通过检测I/O输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下。独立式键盘的优点：电路简单，各条检测线独

38、立，识别按下按键的软件编写简单。适用于键盘按键数较少的场合，不适用于按键数目较多的场合，因为将占用较多的I/O口线。 (2) 矩阵式键盘 亦称行列式键盘，用于按键数目较多的场合。它由行线和列线组成，一组为行线，另一组为列线，按键位于行列的交叉点上。很明显在按键数目较多时候用矩阵式键盘能节省很多I/O口线 。由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列信号配合，才能确定闭合键的位置，所以矩阵式键盘识别按键按下的软件编写比较复杂。 考虑本次设计测量参数不是很多，为了简化程序最终选择独立式键盘。具体设计如图3-11 图3-11

39、按键电路3.7显示电路选择与设计 常用的显示器有LED数码管显示器和LCD液晶显示器。 LED数码管也称半导体数码管，是目前数字电路中最常用的显示器件。它实际是由多个发光二极管封装在一起组成8字形的器件，引线已经在内部连接完成，只需引出他们的笔划，公共电极。LED数码管常用段数为7，加上小数点就是8个，这些段分别用a、b、c、d、e、f、g、dp来表示。LED数码管型号较多，规格尺寸也各异，显示颜色有红、绿、橙等。 LED数码管的主要特点如下： (1) 低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。 (2) 发光响应时间极短(小于0.1s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3)

40、 体积小，重量轻，抗冲击性能好。 (4) 寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。 LCD显示器种类繁多，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型。比较常用的是点阵字符型液晶显示器，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个57或者510等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。 本次设计测量结果需显示数据和字符，本着系统设计简单原则，故选择LCD1602液晶显示器。1602LCM通常有16个引脚，其中包括8条

41、数据线，3条控制线和3条电源线，其引脚见图3-12，引脚功能见表3-2。 图3-12 LCD1602 引脚图1602字符型LCM的特性： (1) 内部具有字符发生器ROM，即字符库。可显示192格57点阵字符，LCM显示的数字和字母部分的代码值，恰好与ASCII码表中的数字和字母相同。所以在显示数字和字母时，止血向LCM发送对应的ASCII码即可。 (2) 模块内有64字节的自定义字符RAM，用户可自行定义8个57点阵字符。 (3) 模块内有80字节的数据显示存储器。 表3-2 液晶显示模块的部分引脚引脚号符号引脚功能1GND电源地2VDD+5V逻辑电源3VEE调节对比度4RS寄存器选择5R/

42、W读/写操作选择（1读，0-写）6E使能（下降沿触发）7-14DB0-DB7数据总线15E1背光电源，通常为+5V16E2背光电源地 LCD1602显示电路如下图3-13 图3-13 LCD1602显示电路3.8 RS-485双机通信接口电路 RS-485是RS-422A的变形，它与RS-422A的区别在于：RS-422A为全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485对于多站互连是十分方便的，很容易实现多机通信。RS-485标准允许最多并联32台驱动器和32台接收器。图3-14所示为RS-485双机通信接口电路。在图3-14中，RS-485以双向、半双工的方式来实现双机通信。在AT89S51单片机系统发送或接收数据前，应当先将SN75176的发送门或接收门打开，当P2.0=1时，发送门打开，接收门关闭；当P2.0=0时，接收门打开，发送门关闭。 图3-14 双机通信接口电路 第4章 系统软件设计 4.1基础软件流程图4.1.1主程序流程图主程序流程图如图4-1所示。开始LCD初始化调显示 等键按下？ N 按键扫描 Y有键按下？N 显 示1键按下？ 测频率 Y Y 2键按下？ 显 示 测周期 N Y 3键按下？ N Y 显 示 测脉宽4键按下？ 显 示 测占空比