毕业设计基于单片机的数字式频率检测装置设计 - 图文(2)

2数字频率计（低频）的硬件结构设计 2.1 系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89S52，由它完成对待测信号频率的计数、计数处理、结果显示等功能，外部还要有信号处理、LCD显示器等器件。具体可分为以下几个模块：放大整形模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示：

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LCD显示 单 被测信号放大整形脉冲信号片 机

图2 系统工作原理图 2.2 AT89S52单片机及其引脚说明

AT89S52是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路 引脚说明：

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·VCC：电源电压 ·GND:地

·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。

当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。

·P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。

·P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。

P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX ＠ DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX ＠R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。 当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。

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·P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。 P3口同时具有多种特殊功能，具体如下表1所示:

端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

表1 P3口的第二功能

·RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

·ALE/ :当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存

第二功能 RXD (串行输入口) TXD（串行输出口） (外部中断0) （外部中断1） T0（定时器0） T1（定时器1） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器都选通） 8

地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出。 一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 · ：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。当AT89C52执行外部程序存储器的指令时，每个机器周期 两次有效，除了当访问外部数据存储器时， 将跳过两个信号。

· /VPP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令， 必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。 当执行内部编程指令时， 应该接到VCC端。

·XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。 ·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 2.3 信号调理及放大整形模块 2.3.1 工作原理

放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo,幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R3+R4）/R3，改变R3的大小可以改变放大倍数。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送至单片机以便计数。

由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，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

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不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、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所示：

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图3 信号处理

图中D1—D4为肖特基二极管（DIODE），本设计中选用IN4148。D5为稳压二极管，本设计选用的稳压二极管IN4625,其中R1、R2、R5、R6为10KΩ，R4为150KΩ，R3为500KΩ的电位器。 2.3.2 信号放大仿真

下图为当R3=50KΩ时输入信号频率为100Hz，幅度为1V在输入端和R1左端测得的信号仿真图，由运算放大器的放大倍数为（R3+R4）/R3可得到放大后的频率不变，幅度放大了四倍。

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