基于单片机数字频率计设计--本科毕业设计.doc

淮海工学院毕业论文学生用表

本 科 毕 业 设 计
基于单片机数字频率设计
Research and design of Based on single chip microcomputer digital frequency

学 院：
电子工程学院
专业班级：
电子信息工程 电子091班
学生姓名：

学 号：

指导教师：
（高级实验师）

年 6 月

毕业设计中文摘要

摘要:作为基本的参数的频率决定了电参数量的许多的测量和结果， 因此,频率测量对我们来说有重要意义。测量频率的方法有很多种, 其中具有使用方便、测量迅速, 以及便于实现测量过程自动化等优点的电子计数器测量方法 可以作为频率测量的重要手段
。现在普及的测量频率的的方法有两种, 直接测量频率的方法和间接测量频率的方法 （周期测频法）如果需要测量频率高的信号的话我们用直接测量方法, 如果要测量频率低的信号可以用间接测量的方法 。
本次的测频设计系统采用了以单片机AT89C52为核心的数字频率计进行，介绍了单片机控制，信号产生，数据选择器选择和LED的显示组成等，由信号发生器，过零电路，数字时钟信号分别产生频率，然后通过数据选择器选择，将被测的信号输送到微计算机中，通过程序控制数字时钟信号发生器计数，频率送至数据选择器74LS153和收发器74LS245,驱动LED数码管显示频率值并分析了测量误差并且说明方法来减小误差。

关键词:单片机;数字频率计;测频;误差

1

毕业设计外文摘要

Abstract: as the basic parameter of the frequency determines the electrical parameter measurement and the results of many of the quantity, so frequency measurement is important for us. Frequency measurement method has a lot of kinds, which is easy to use, measurement quickly, as well as the advantages of easy to realize automatic measurement process of the electronic counter measurement method can be used as important means of frequency measurement. Now popular method of measuring frequency has two kinds, direct measuring method and indirect method of measuring frequency of frequency (cycle) frequency measurement method for measuring high frequency signal words we use direct measurement method, if want to low frequency signal can be measured in indirect measurement method.
The design frequency measurement system USES a single-chip computer AT89C52 as the core of digital frequency meter, and introduces the single-chip microcomputer control, data selector to choose and LED display, etc., will be measured signals to the microcomputer, the counting by program control digital clock signal generator, frequency selector 74 ls153 and sent to the data transceiver 74 ls245, drive LED digital tube display frequency values and analyzes the error of measurement and description methods to reduce error.
Keywords: Call System ，SCM ，AT89C51, Error

目 录

1.绪论 6
1.1引言： 6
1.2实际可行性分析： 6
2系统设计的总体方案和硬件设计步骤 7
2.1系统设计要求： 7
2.2总体设计方案： 8
3.系统硬件设计 9
3.1．单片机概述 9
3.1.1 单片机的特征 9
3.2 AT89C52单片机的简介 10
3.2.1 AT89C52介绍 10
3.2.2 AT89C52主要性能参数 10
3.2.3 AT89C52管脚说明 11
3.2.4 单片机最小电路 13
3.3晶振电路 14
3.5信号产生模块： 16
3.5.1信号发生器介绍： 16
3.6四选一电路 19
3.6.1数据选择器的介绍； 19
3.6.2数据选择器74LS153 20
3.7显示模块 22
3.7.1数码管介绍： 22
3.7.3驱动方式 23
3.7.4七段四位数码管介绍 24
3.7.5显示电路 24
3.8电源电路 26
4.系统软件设计： 27
4.1系统结构设计： 27
4.2系统初始化及工作过程 29
4.2.1系统初始化： 29
4.4数码管显示模块： 31
4.5测频软件实现原理 32
5系统仿真 33
5.1 Keil软件简介： 33
5.1.1 keil运行步骤 33
5.2 protues介绍 34
5.3 Protues和Keil联合仿真 34
5.4误差分析 38
结 论 38
致 谢 39
参考文献 39

1.绪论
1.1引言：
频率测量在我们的生活中尤为的不可或缺。测量频率的方法有很多种, 其中具有使用方便、测量迅速, 以及便于实现测量过程自动化等优点的电子计数器测量方法 可以作为频率测量的重要手段
。电子计数器测量频率的方法有直接测量频率的方法和间接测量频率的方法 （周期测频法）两种。直接测频法一般适应来测量频率高的信号频率, 间接测频法相反适应于测量频率低的信号频率。本次的频率测量设计系统采用了以单片机AT89C52为核心的数字频率计进行, 使用C语言进行编译，直接测量频率的测量方法进行测量,完美的实现数字频率计的测量和仿真。因为测量的设备和测量的方法决定了频率测量所能达到的精度，所以对于我们的需要，不断提高信息的传输和处理是当务之急，并且使用更精密的测量技术来提高所测量频率的精密度。直接测量频率的方法较简单，缺点是精密度不够高。周期法是指将频率差值倍增法和差拍法相结合的一种办法，这个方法将参考信号和被测的信号经过频率差成倍的增加来扩大被测信号的相位起伏，通过获得信号并在低频率的条件下用电子计数器多次进行测量，可以在同样的时间内以较很少的成倍增加次数来到所测量值更高的精密度。不过这个方法虽然简单，但是仍然有误差出现。在需要使用电子的地方下，数字技术的使用仍然到处都是。供我们使用的大型家用电器、航船的卫星通讯系统、航空的雷达控制系统、医院的紧急抢救系统等在使用的过程中都有数字技术的出现。 作为现在生活中通信设备测量系统中不可缺少的一种测量仪器，数字频率计不但要求电路所得的频率信号的精确程度，稳定的程度都高，更需要可以更容易的实现频率的改变。

1.2实际可行性分析：
设计中所需的每一部分都可以找到相关的器件和技术来实现，而且对单片机系统的实验板技术在许多方面都有应用。随着现代社会电子产业高速发展，各种信号频率的度量在研究方面和社会应用中的用处日渐突出。对于频率的测量，以硬件电路为主体的模拟频率计存在许多的限制，如量程切换、测量范围、测量精度和功能的扩展等方面
。以前的模拟频率计对于现在社会的发展已经不可能能满足它的需求了，所以现阶段随着微型控制芯片在数字仪器中的大量使用，使得频率计成了数字仪器发展的主要方向之一。
2系统设计的总体方案和硬件设计步骤
2.1系统设计要求：
电子计数器测频的测量方法有两种：1.直接测量频率的方法（指在一定时间内对需要测量信号的脉冲的个数进行测量）；2.间接测量频率的方法。本课题应用Proteus软件进行原理图的电路设计，运用Keil软件进行程序的编辑、编译工作，最后联合仿真。通过本课题的设计研究，可扩充学生在等精度频率计技术领域的知识，综合训练学生进行综合电子系统设计的技能本课题应用Proteus软件进行原理图的电路设计，运用Keil软件进行程序的编辑、编译工作，最后联合仿真。通过本课题的设计研究，可扩充学生在数字频率计技术领域的知识，从而训练学生进行测频系统设计的能力。

设计内容：
（1） 研究数字频率计的工作原因和工作方法；
（2） 对基于单片机的数字频率计的电路系统进行设计；
（3） 应用proteus软件对论文课题的原理图进行设计；
（4） 使用Keil软件进行软件编程；
（5） 用proteus设计的硬件设计电路图与keil软件编写的程序进行联合仿真调试；

设计技术要求：
（1） 熟练使用proteus软件、keil软件；
（2） 选用适合的单片机和外围的电路使仿真能够实现；；

工作要求:
检索10篇以上基于单片机的数字频率计系统设计和proteus软件方面的技术资料, 并按要求进行设计所需要的工作。
1.课题调研实习报告1份。
2.与设计内容有关文献检束报告1套。
3.外文翻译（包括原文和译文）1套。
4.开题报告1份。
5.设计报告即说明书 1份。
6.系统电路图1份。
7.电路仿真运行数据1份。

2.2总体设计方案
频率计是采用数字电路制做而成并且还能够实现由信号的周期变化所产生的频率进行测量的一种仪器 ，也是我们常用的科研仪器，一般用于测量单位时间内周期信号的频率值。本课题设计以AT89C52单片机为控制中心来设计一种数字频率计，用C语言进行编译，采用单片机的控制系统，结合数据选择器，数码管显示器，寄存器等外围元器件形成主要的的外围电子电路，来实现对高频率和低频率进行等精度的频率测量。根据上述分析，系统有1.单片机控制模块。2显示模块3.电源模块。数据产生模块四个模块构成。由激励源产生的待测信号经过数据选择器的选择进入单片机并且开始计数，然后利用它的内部定时器T2进行定时，通过显示模块的数码管来记录并显示的所有数据。其基本框图如下：

按钮控制信号选择

74LS245驱动

单片机AT89C52控制器

四路数据选择器74LS153选择信号
信号源产生待测信号

时钟电路
七段四位数码管显示频率

复位电路

图1硬件设计基本框图
3.系统硬件设计
3.1．单片机概述
单片机又叫微型计算机，包括如CPU（中央处理器）、ROM（只读存储器），输入/输出的接口，RAM（随机存储器）、、定时器（计数器）等几个部件以及串行的通信接口等放置在一块芯片从而构成一个大规模的集成电路。又叫做“MCU”。
由于单片机主要的功能是控制的功能，随着科技的进步和需求，单片机芯片内集成了许多的需要被测控的目标的接口电路。这些已经超出了传统微型计算机的体系构造，所以可以更加明确的反应单片机的本质名字应是微型控制器。
3.1.1 单片机的特征
单片机主要部件
（1） CPU（中央处理器）
它是单片机的最重要的部分，内部含有控制器和运算器。
（2）存储器
单片机的存储器可以放程序或者数据，存储器地址空间包括普林斯顿结构和哈佛结构两种结构的形式。哈佛（Harvard）结构是将程序存储器和数据存储器完全的分开，的一种寻址结构。由于单片机一般需要内存大的程序存储器。80C51都是采用哈佛结构。普林斯顿把程序和数据放置在存储的空间。CPU访问存储器时，存储单元可以是ROM或者RAM，用相同类型的指令。（3）并行I/O口
并行的I/O接口的作用是为了显示单片机控制的功能，。它所具有的特点是，功能强，数量多、，可以有效的使用挑选输入或输出方式，另外并行I/O口可作为系统总线。
（4）串行I/O口
8位单片机都可提供全双功能的串行I/O口，因而能和某些终端设备进行串行通信
，或者连接到一些功能独特的器件。
（5）定时器/计数器
由于单片机需要精密的定时或者对外部程序计数，因而单片机内部被设计了定时器/计数器电路，通过中断，完成定时/计数自动的处理。

3.2 AT89C52单片机的简介
3.2.1 AT89C52介绍
AT89C52的硬件结构图如下所示。其中包括CPU， RAM,定时器，计数器，串行通讯，和输入输出接口。

串行通讯口
RAM
FLASH

CPU

输入输出接口
计数器
定时器
时钟

图 2 单片机89C52结构框图
3.2.2 AT89C52主要性能参数
• 一个 8位CUP中央处理器
• 一个晶振电路
• 应用存储器为8K
• 256KB片内存储器
• 3个16位定时器计数器
• 32条双向I/O线
• 8个中断源
• 两个优先级嵌套和五个中断源的中断结构
• 低功耗空闲和掉电模式

3.2.3 AT89C52管脚说明
（1）电源引脚
VCC：电源 电源接+5V
GND：接地 电源接地端
（2）I/O端口引脚， AT89C52有四个八位并行I/O引脚，总共32条I/O引接线。
P0口：P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。为多功能输出口，当访问外部程序和数据存储器时，分时作用低8位地址总线和双向8为数据总线，反过来，可以作为通用I/O接口。作为输入时候应先向端口锁存器写入1，但在这种情况下，P0口需要接入一个上拉电阻。

P1口：P1口是一个上拉电阻在它内部的的8位是准双向I/O口，长作为通用I/O口接口。当P1口工作时，因为内部上拉电阻，输出口将输出电流ILL。
此外，不同与AT89C51的是，AT89C52不仅具有定时计数器T0，T1，还有一个定时计数器 T2 ，接在P1.0和P.1引脚上。它有定时/计数器和波特率发生方式。T2的具体如下表所示。
表1 P1.0和P1.1引脚功能特性

编程时，P1口接收低8位字节。
P2口：P2口是一个8位准双向I/O口的内部带有上拉电阻，属于多功能口， 在有外接存储器或者I/O接口时，系统的地址总线输出高8位地址，与P0口的低8为地址组成16位的地址总线。在编写程序的时候，控制的信号和高8位的地址字节也输送到P2口。
P3口：P3口为一个8位准双向I/O口，P3输出缓冲级可吸收或输出4个逻辑电平。P3口除了当做的I/O接口外，更加突出的是它的第二个功能，功能如下表所示。

在编写程序时，一些控制信号也发输送进入P3口。
RST：复位信函的输入。晶振运行时，RST引脚用高电平持续两个个机器周期使单片机复位。VCC掉电时，这个引脚还可以接电源，从而保留RAM的数据。
ALE/：ALE是地址锁存允许输出信号，当单片机CPU访问外部存储器时候，ALE用于锁存低8位地址。ALE高电平的时候，P0口出现地址信息。ALE下降沿来临时，锁存P0口上的地址信息。并出现指令和数据信息。单片机不访问外部存储指令时，ALE输出的频率为振荡器的六分之一。ALE周期性的以此频率发出正脉冲信号。此引脚（）的第二功能是作编程输入脉冲。
：程序存储器的允许是指外部程序存储器的信号输入端接地有效。在访问外程序存储器时，有一个机器周期中的信号不出现。AT89C52从执行外部程序存储器代码时，在每个机器周期被通过两次，如果访问外程序存储器，有一个机器周期中的信号不出现。
：是片外存储选用端，，当使用片外存储器的时候说明引脚接地。引脚接电源时，从内部ROM开始对程序存储器 进行访问。如果地址超过内部容量，切换到外部RAM访问。该引脚第二功能是在单片机编程期间，此引脚接入21V编程电源VPP。
XTA L1：外接晶体引脚，该引脚接入CHMOS使用外部时钟信号，
XTA L2：外接晶体引脚，该引脚接入HMOS使用外部时钟信号

图 3 AT89C52外部引脚图
3.2.4 单片机最小电路
单片机的最小系统电路是能使单片机运行的最简单的电路，这里我们采用的是AT89C52芯片，如图所示，它内部自带8K的FLASH程序存储器，一般情况下，这48K的存储空间足够我们使用，因此可以将AT89C52芯片的第31脚固定接电源。图中的最小电路系统所用的元器件很少，时钟部分由电容C1，C2和石英晶体振荡器X1组成。而电阻R2，电容C3和按键组成复位电路。电路中的各个I/O全部留出来供用户使用，但是使用P0口的时候需要加上上拉电阻。最小系统中的EA引脚接电源，因为最小系统没有外部扩展存储器，所以直接使
用内部的8KROM和256BRAM存储器。

图4 单片机最小电路
3.3晶振电路
将AT89C52的反向放大输入端XTAL1和输出端XTAL2与石英晶体震荡器X1及两个电容C1、C2按图5所示形式连接起来。图中由晶振、电容C1／C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了晶振电容三角式的震荡器，而震荡信号频率大小是和晶振频率及电容C1、C2的容量有很大关联，但主要还是由晶振频率来决定，晶振的范围在0～24MHz之间，电容C1、C2取值范围则在5～30pF之间。根据实际情况，本设计中采用12MHZ做系统的外部晶振。电容取值为30pF。

图5 晶振电路
3.4.复位电路系统
　　　本设计单片机每次上电就会复位一次。如果单片机连续操作两个周期以上的高电平时，也会复位一次。如引脚RST一直是高电平，单片机就会保持循环复位状态。 单片机复位是另一个特征的CPU和系统从初始状态,一般复位模式主要是上电复位和手动复位按钮等,本设计选用手动按钮复位模式。当单片机通电后,电压的电容器C3此时会很小,重置下拉电阻器R2的电容器C3并联电压接近电源电压,相当于RST是1(高水平),在这个过程中充电电容器C3 ，RST端口电压下降缓慢,RST电压下降到低于一定值,单片机内部CPU从复位状态,由于电容器C3足够大,可以保证RST 1有效时间大于24振荡周期,CPU可以可靠复位。当复位按钮添加到避免事故不能可靠复位。当复位按钮按下电容器C3出院后。当放电电容器C3结束,RST端口是由R1和R2的分压比。因为R2 《 R1,所以RST高水平,CPU在复位状态,放手,在充电电容器C3,RST结束电压降,CPU从复位状态。R2的作用是限制按钮按下瞬时放电电流的电容器C3,避免产生火花,为了保护按钮触电。21个特殊功能寄存器复位后的状态如表
特殊功能寄存器
初始状态
特殊功能寄存器
初始状态
A
00H
TMOD
00H
B
00H
TCON
00H
PSW
00H
TH0
00H
SP
07H
TL0
00H
DPL
00H
TL1
00H
DPH
00H
TL1
00H
P0-P3
FFH
SBUF
不定
1P
XXX00000B
SCON
00H
1E
0XX00000B
PCON
0XXXXXXXB

表3 特殊功能寄存器复位后状态

图6 复位电路

3.5信号产生模块：
3.5.1信号发生器介绍：
信号发生器由叫做信号源，是输出各种电子信号的仪器，主要用在调试、测试电子电路、电子设备的参数。按信号波形信号发生器可分为正弦信号发生器、波形信号发生器、随机信号发生器和脉冲发生器四大类。正弦信号的信号精度高、质量高，尤其是可以输出强度很弱的信号；它属于一种标准的信号发生器。函数信号发生器可以产生各种常用波形，如正弦波、三角波、方波等，但是精度不够。脉冲信号发生器输出脉冲波形；智能化的频率合成器，可以产生任意波形。
3.5.2信号发生器的结构
　　1、带有外部扫描频率并控制输入接口是指频率低的信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制（有外部控制接口），外部控制频率变化的电压是0-5V，控制电流小于1mA。当外部控制电压在0-5V变化时，低频的信号发生器可以输出可以在100HZ到20KHZ之间变化。
2、内部有扫描频率并且输出功能（）是指频率低信号发生器具有从低频开始到高频（或反之）自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的变化过程。 　　
。
本课题设计了三个频率输出，频率1直接采用了数据信号发生器产生信号，然后通过数据选择器直接输入单片机的P32接口进行测量，通过定时计数器接收当前频率并显示在数码管上。
由于正弦波激励源或者三角激励源波传送的时候电路无法正常工作，二数字时钟信号发生器激励源可以产生信号 。所以我们需要把波形转换把正弦波信号转成时钟方波信号，

方案1 施密特触发器转换：

方案2 迟滞比较器

方案4 采用运算放大器完成正弦波转变到方波

这里的频率2我们采用第四方案把正弦波转变为方波。因此可以添加了一个过零电路来实现正弦波到方波的转换，正弦波信号源输出正弦波信号输送到运算放大器
LM833N的正端，信号源输入的正弦信号通过与LM844N的负端也就是零电平进行比较，由于LM833N 的负端直接接地，所以他的参考电压为0V，当电压如果大于0的话，LM833N输出正电源+5V，如果输入的正弦波信号小于负端也就是0V的话，那么LM833N输出低电平0V，从而完成信号的整形。并把信号输送到数据选择器进行选择。

图 7 过零电路

频率3我们直接选用一个数字时钟信号激励源作为信号发生的初始端，由于数字时钟信号可以直接测量，所以直接通过数据选择器选择输送到单片机中进行计数，并在显现在LED中。
3.6四选一电路
本课题需要一个四选一电路来挑选需要测频的频率的信号，在这里我选择了常用的74LS153。数据时钟信号发生器产生频率，通过按钮挑选相对应频率并通过数据选择器输送到单片机CPU的I/O接口。
3.6.1数据选择器的介绍；
数据选择是指经过芯片内部挑选，把多个通道的数据集中到一起传输到唯一的公共通道中。实现该工作的电路为数据选择器。它的作用是由地址码控制，从多组数据中挑选一种输出。它的作用等同于一个单刀多掷开关选择多种输入中的一种。常见的数据选择器有2选1，,4选1（74LS153）8选一，16选一等。

图8 4选1数据选择器示意图 图9 74LS151引脚排列
表4数据选择器输入输出
输 入
输 出
S
A2 A1 A0
Q
Q(—)
1
0
0
0
0
0
0
0
0
× × ×
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
1
D(—)0
D(—)1
D(—)2
D(—)3
D(—)4
D(—)5
D(—)6
D(—)7

3.6.2数据选择器74LS153
如果把两个4选1数据选择器连接在一起就形成一个双四选一数据选择器。74LS153的引脚排列如图10，它的功能如表5

图10 74LS153引脚功能
1S(——)、2S(——)为两个独立的使能端，；输出端：Q1，Q0，公用的地址输入端：A1.A0；两个4选1数据选择器的数据输入端：1D0~1D3，2D0~2D3。
(1)当使能端1S(——) (2S(——))=1时，多路开关被禁止，信号无输出，Q=0.
(2)当使能端1S(——) (2S(——))=0时，多路开关工作，根据地址码A1、A0，把数据D0~D3送到输出端Q。
如：A1A0=00，则选择D0数据到输出端，即Q=D0。
A1A0=01，则选择D1数据到输出端口，即Q=D1，。
表5 74LS153功能表：
选择输入
数据输出
选通输入
输出
B
A
C0
C1
C2
C3
G
Y
L
L
L
×
×
×
L
L
×
×
×
×
×
×
H
L
L
L
H
×
×
×
L
H
L
H
×
L
×
×
L
L
L
H
×
H
×
×
L
H
H
L
×
×
L
×
L
L
H
L
×
×
H
×
L
H
H
H
×
×
×
L
L
L
H
H
×
×
×
H
L
H
本论文中，我们用74LS153作为数据选择器来对三种信号产生源进行三选1，

图11 74LS153
图中，使能端为1E,2E,1X0-1X3，2X0-2X3是数据输入端， 1Y，2Y为输出端，A,B为地址信号选择端。
三种信号产生源分别接到1x0,1x1,1x2,输出端口，两个选择端接到单片机的T2计数器中产生三个地址信号，然后由使能端口控制开关的工作，使能端接低电平时候，电路才能工作，信号通过地址码的状态进行选择，然后经过数据选择器输出端送入单片机的P3.2接口，通过外部中断进行计数。

图12 信号产生模块电路图

3.7显示模块
3.7.1数码管介绍：
LED有七段LED和八段LED，按连接方式LED分为共阳极和共阴极数码管。。按显现的位数来分则被分为一位、二位，四位LED； 　　全部发光二极管的正极连到一起就会形成公共阳极(COM)的LED，它在应用时应将公共极COM接到+5V，共阴数码管是指把全部发光二极管的负极接到一起形成公共阴极(COM)的LED，共阴数码管在使用的时候要把它们的公共极COM接地，当某一部分发光二极管的阳极接电源时，相应二极管就发光，当某一部分的正极为接地时，二极管就熄灭。
3.7.2数码管结构　　

led（LED Segment Displays）是把许多个发光二极管连接在一起组成“8”字形状的电子元器件，引线在它的内部进行连线。凭借LED的接法我们把它分为共阴数码管和共阳数码管两种，了解数码管的这些特点有助于写程序，因为类型不一样的LED，除了它的电路有不同之处，编程方法也不尽相同。

图 13 共阴极数码管

图 14共阳极数码管
图15是两种数码管的内部电路，不同的是电源极性，不过它们的发光原因相同。数码管的颜色有红色的，绿色的，蓝色的，黄色的数码管。　图7是一个二位七段带小数点 1DP引脚的LED数码管 。图8 引脚定义 　　每一个字母对应代表一个二极管， DP则是小数点.

图15 LED数码管引脚定义

图16 10引脚的LED数码管

3.7.3驱动方式
　　数码管的驱动方式又有静态驱动和动态驱动两种方式。
静态显示驱动
　　静态驱动又被叫做直流驱动。数码管显示器在静态显示方式下，共阳极和共阴极连接在一起接电源或者接地。每位的段选线“a,b,c,d,e,f,g,dp”与一个并行端口相连。N位的静态显示器要求有8*N个I/O接口线，所以占用资源比较多，不过它的优点是程序编写比较简单，而且数码管显示的数字比较亮。
动态显示驱动
　　但是单片机中常用的显示方法是动态显示数码管，在需要挑选的位数多的时候我们将选择动态数码管显示来驱动。为了使电路更加简单，需要的成本减小，在多位显示的时候，所有位选线接在一起由一个4位I/O口控制，共阳极和共阴极则有相应的I/O的接口线控制。数码管的动态显示需要两个接口控制，一个来控制位选线，一个控制段码选线，所有的位选码都由一个I/O的接口控制，因此，在每个时间段，LED只能显现同样的字符，不过可以采用扫描显示方式来显示不同的字符。就是指在某一瞬间指使用一位显显现相对应的字符。在这个时间段，段3选控制的I/O接口在这个显示位对共阳极接电源，共阴极接地来保证显现相对的字符，轮流下来，每一位都显示这个位置的显示字符，然后保存一段时间，造成视觉的停留。

3.7.4七段四位数码管介绍
此次设计采用了7SEG-MPX4-CC,七段四位数码管，它是一个共阴极数码管。四位共阴极数码管由四个单独的数码管组成，每个单独数码管都有一个公共端，不过所有的段选引脚串联在一起共同使用一组段位线，其引脚图如下：

图 17 七段四位共阴极数码管内部结构图
图中12,9,8,6为公共端。
3.7.5显示电路
上一模块介绍了LED的显示驱动有动态驱动和静态驱动，本论文选用了动态驱动。动态驱动是指单片机依次输出字型，当数码管输出一个字型的时候，所有数码管都会接收到这个字型，不过位选端会决定哪一个数码管是亮的，如果相应的位选控制端开打的话，那么对应的LED就会亮，否则就不会亮。这里我们选用一个74LS245作为驱动芯片。驱动器的输入端通过排阻接到单片机的P0口，由于数码管亮起来的最小的电路为5mA,但是单片机的P1.0输出的电流不到1mA,为了保证数码管能亮，所以必须接一个上拉电阻，这里我们选择10K，由于供电电压为5V，所以经过上拉电阻输出的电路达到5mA,通过的电流可以使数码管发亮。74LS245的19脚称为使能控制端，当19引脚为低电平时，它才传输数据，所以19脚接地。1引脚称为传输方向控制端，当1引脚为高电平时，2～9引脚是输入端口，11～18脚是输出端口；当1引脚为低电平时，11～18引脚是输入端口，2～9引脚为对应的输出端口。本例电路的1引脚接低电平，输入与输出采用的是后面一种方法。数码管的共阴极接地，这种接法称为动态方式。数码以74LS245来驱动显示器。它的内部组成如图10。 由8*2=16个三态门构成。

图18 74LS245内部结构和功能表

74LS245是我们常用的芯片，它不具备锁存的功能，但具备选出输入和输出的功能，，所以可以作为扩展I/O 输入。另外74LS245同时作为总线芯片的另外一个特点是加强驱动的能力，从而提供更大的输出电流可以直接用来驱动光耦、发光管等元器件，也可以用于驱动微型的继电器。本课题就是用来它驱动led数码管。其原理图如下：

　　74LS245还具有双向三态功能，可以把多个芯片的输出并联到一起而不受到影响。既可以输出，也可以输入数据。
　　（1）当AT89C52单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载的时候，一定要接上74LS245或者其他总线驱动器。
（2） 当片选端/CE低电平有效时，当DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）当DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；A,B如果是高阻态，CE为高电平。
（3） （3）由于P2口输出地址的始终是高8位，所以接口的时候 74LS245的三态控制端（/1G/2G）接地，P2口连接到驱动器输入线。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，从而使数据保持现畅通。8051的RD和PSEN相连后接DIR，使得RD或PSEN有效，74LS245输入其它的时间处于输出的状态

图 19 显示模块电路
3.8电源电路
电源模块是AC220V电源通过12V变压器降压变为AC12V,经整流桥整流为DC12V.在通过电容将电压中尖峰，毛刺等干扰过滤掉，一部分+12V经过滤波后经三态稳压LM7805再过滤电压得到+5V从而对其他电路和单片机来供电，这里的7805起到稳压作用，C1和C5分别输出端和输入端的滤波电容，R7为负载电阻。它的原理图如下所示：

图20电源模块

4.系统软件设计：
4.1系统结构设计：
本课题根据模块设置了系统软件。整个系统由单片机控制模块，系统初始模块，数据产生模块，电源模块，显示模块等模块组成。频率计开始工作或者完成一次频率测量的时候，都会进行测的量初始化。系统由信号发生器产生频率，系统的初始化设置中断控制和定时/计数器方式。首先把定时／计数器的计数器初始化，然后等中断事件。频率计使用一个四位七段数码管显示频率值。P0口作为数码管的数据交换端口，P2口作为数码管的位选择端口。它的工作流程为:
首先定时/ 计数器2 的计数寄存器清0 ,定时计数器T2计算出1m中内外加其引脚的脉冲个数，然后按钮和数据选择器74LS153选择脉冲通过P32口输入单片机，定时器T0的数据寄存器THOHE TLO的值接到当前频率值。最后将频率值拆为显示数据通过驱动74LS245显示在数码管上。本课题根据模块设置了系统软件。整个系统由单片机控制模块，初始化模块，数据产生模块，电源模块显示模块等模块组成。频率计开始或完整的一次度量结束以后，系统软件都对被测的频率值进行还原清0。
频率计的软件流程图如图：

开始

系统初始化

测量频率

频率是否小于1KHZ
N

Y
黄色指示灯亮

计数器计数测量频率值

显示测量数据

图20 频率软件流程图
4.2系统初始化及工作过程

4.2.1系统初始化：
所谓初始化,是单片机上电,或要做一件事之前的准备工作,比如键盘扫描,先定义变量,定义哪些变量.给变量赋什么初值.选定哪些口输出输入,等等.这不是固定化的.是根据实际电路和具体的算法而定的.程序也就两部分构成,声明区,也就所胃的初始化,下面的就是指令区。
系统初始化子程序：
void main()
{
sys_init();//系统初始化函数
while(1)
{
key();//按键功能