华北理工大学轻工学院 Qing Gong College North China University of Science and Technology EDA辅助设计结课报告 项目名称：基于单片机的门铃设计 专业班级： 学号： 姓名： 成绩： 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第1页。 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第1页。 项目说明 本项目设计的是一个电子门铃，门铃在生活中应用广泛，因为其造价低廉，深受大众喜爱。 本设计是利用单片机芯片控制频率，经过三极管放大给扬声器发出声音，通过按下S2键，使门铃发声，发出10个连续的嘟嘟声。S3的作用是开关门铃，门铃通电的初始状态为开启状态，当S3键按下的时候，门铃系统关闭，在关闭状态下，按动S2按钮，门铃不会发出呼叫声。再按动S3按键，门铃系统开启，此时如果按下S2键，门铃会再次发出嘟嘟声以示呼叫。 项目原理图 原理图 图1 项目原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第2页。 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第2页。 各部分说明 （1）电源部分 电源采用的是DC-002，没有采用传统的供电，程序下载，串口通信三合一模块。DC-002的作用仅仅是给电路板供电，相较传统的供电系统，降低了电路本的成本。电路原理图如下： 图2 电源部分原理图 （2）STC89C52芯片 STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚（引脚图如图3-1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器[3]。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第3页。图3 STC89C52芯片原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第3页。 单片机复位部分 1）复位功能：单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始。 2）复位原理：单片机复位时只要保持RST引脚接2us的高电平即可。在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。 图4 复位电路原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第4页。 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第4页。 单片机晶振部分 外接晶振引脚XTAL1和TXAL2接外部晶 和微调电容的一端。振荡电路的频率就是晶体的固有频率。晶振电路结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。晶振提高频率越高，单片机运行速度越快。单片机一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率上。 图5 晶振电路原理图 蜂鸣器部分 我选用的是有源蜂鸣器，直接接上额定电源就可以连续发声，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，我采用的是三极管来放大电流。 图6 蜂鸣器电路原理图 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第5页。 基于单片机的门铃设计全文共14页，当前为第5页。 按键部分 1）键盘设计：键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件，它能实现向计算机输入数据，传送命令等功能，是人工干预计算机的主要手段。 我选用的是贴片按键，只使用了两个按键，S2用来执行程序，使蜂鸣器发出嘟嘟呼叫声，S3用来开启关闭门铃系统，键盘系统设计简单，既降低了造价成本，又能满足系统所需要求。以下为按键电路原理图： 图7 按键电路原理图 去抖动 键盘编程中主要考虑去抖动的问题。当测试表明有键被按下之后，紧接着就进行去抖动处理。因为键是机械开关结构，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保

　　基于51单⽚机的智能晾⾐架系统设计 1.功能介绍 设计基于51单⽚机的智能晾⾐架。主要功能如下： （1）控制晾⾐架的升降。 （2）具有限位开关功能。 （3）具有⽆线）能够指⽰运⾏状态。 （5）具有智能模式，可以根据环境光线）具有智能模式，可以根据环境湿度控制晾⾐架的升降 2.硬件设计 （1）总体硬件框图 原理：采⽤8位的STC89C51单⽚机做控制器，程序采⽤C语⾔编程。利⽤直流电机正反转，实现控制晾⾐架的开关。⽆线 编码解码芯⽚组成的⽆线发送接收模块，通过SC2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单⽚机，再利⽤单 ⽚机控制继电器的吸和驱动直流电机的正反转，实现晾⾐架的开合，同时⽤⾏程开关检测晾⾐架位置，实现晾⾐架的防过卷。 (2)单⽚机最⼩系统 单⽚机最⼩系统主要由单⽚机、时钟电路、复位电路组成。 (3)⽆线遥控电路 ⽆线遥控主要由两部分组成，⼀为⽆线遥控电路，⼆为⽆线解码电路。 a.⽆线遥控电路 遥控电路采⽤sc2262芯⽚作为编码器，并采⽤⽤2V电池供电，按下按键后电池的正极才会和芯⽚和发射模块的电源端连通并发出信号， 这样设计也是为了保证电池的耐⽤。遥控电路的作⽤是将每个按键定义的码值编码成⽆线传输信号，并通过红外发光管将信号发送出去。 b.⽆线解码电路 解码电路由sc2272芯⽚作为解码器，接收电路输出端通过npn三极管9013将输出的⾼电平转变成低电平，单⽚机可以更好的识别低电平 变化。解码电路的作⽤为接收红外⽆线信号，将光信号解析成电信号，并传送给单⽚机 (4)光线检测电路 光纤检测电路采⽤了光敏传感器，通过光敏电阻的特性，光线暗时电阻变⼤，三极管的基极电压变低，三极管截⽌，发射极被10k电阻拉低 电平，输出低电平；光线亮时电阻变⼩，三极管的基极电压变⾼，三极管导通，发射极被电源拉⾼，输出⾼电平。 (5)温湿度检测传感器 温湿度检测传感器采⽤了常⽤的DHT11数字传感器，它应⽤专⽤的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极⾼的可靠性与卓越的长期 稳定性，⽽且应⽤⼴泛，编程简单。 (6)电机正反转控制电路 采⽤两个继电器的吸和状态控制直流电动机的旋转⽅向，带动晾⾐架的开合，两个继电器采⽤5V继电器，通过9012三极管驱动继电器的吸 和，原理图如下。 (7)整体硬件原理图 3.软件设计 （1）软件流程图 （2）主函数代码 由于源码⽐较多，想详细了解源码可进⾏下载。 void main()//主函数 { uc testnum; light=0; buzz=1; led_zhishi=0; Timer0_Init(); while(1)//进⼊死循环 { work();//调⽤⼯作函数 display(); if (FlagStartRH == 1) //温湿度转换标志检查 { testnum = RH(); FlagStartRH = 0; humidity = U8RH_data_H; //读出湿度，只取整数部分 if(humidity>

　　=80) flag_HH=1; else flag_HH=0; TR0 = 1; } display(); } } //定时器0中断 void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0 { ui RHCounter; TL0 = 0xb0; TH0 = 0x3c; //定时器赋予初值 //每5秒钟启动⼀次温湿度转换 RHCounter ++; if (RHCounter>

　　= 20) { FlagStartRH = 1; RHCounter = 0; TR0=0; } } 源码+电路图 下载：关注公众号，⾸页回复晾⾐架获取资料

　　单片机课程设计报告书 题目：电机测速系统 院系名称 ： 自动化学院 学生姓名 ： 专业名称 ： 自动化 班 级 ： 自动XXXX班 时间 ： 20XX年X月X日 至 X月XX日 电机测速系统 1. 设计目的 随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片 机的应用则起到了举足轻重的作用。在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场 合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或 连续测量、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性， 要求能测得瞬时转速。因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。 2. 设计要求 1.用按键控制电机起停； 2.电机有两种速度，通过按键来改变速度； 3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。 三、设计器材 器件名称 数量 STC89C52单片机 1 ST151光电传感器 1 四位一体数码管 1 电阻 各种阻值若干 电容 10uf 1个 30pf 2个 晶振12MHz 1 按键 1 单排排阻 2 开关 1 直流电机 1 四、设计方案及分析（包含设计电路图） 1． STC89C52单片机介绍 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-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。 （1）单片机最小系统 单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成 。单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机 工作所必需的时钟信开云真人官方网站 云开真人号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。 图 单片机最小系统 （2）晶振电路 （3）复位电路 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单 元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使 系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 2. ST151 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器 件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。它包含调制光 源，由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。光电式传感器由 独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光 线时，传感器输出信号。由于叶轮的旋转，当叶轮扇叶进入凹槽遮挡着发光二极管时， 光敏三极管没接收光，输出为零；当叶轮扇叶通过光电传感器时，光敏三极管接收光在 ST151电路输出为频率信号。 3. 设计思路 通过ST151光电传感器接收电机扇叶转动切割的次数获得脉冲，从而通过单片机T1口 接收高低电平，计数器在定时器的定时范围内记录脉冲个数，通过计算将转速送给数码 管并进行显示。 4. 程序框图 五. 程序 参见附录一。 六．系统仿真 参见附录二。 七、设计体会与收获（小组成员每人一份） XXX 本次课程设计我主要负责电路板的焊接，电路板的焊接需要先了解整个电路的各个硬 件的组成，并清楚它们各自的所在功能区域，然后要做的就是在电路板上为各硬件做一 个整体的规划，合适的规划很重要，既要考虑到整体看上去的美观，还要考虑到对以后 的调试和调整方便的地方，本人具体是先在电路板上划分开具体的功能区域，比如单片 机在左边占一块适当的位置，它的左端还要留有晶振电路和复位电路，依此做好其他模 块的分配。关于电路的具体焊接，感觉只要按照电路仿真图按一定的次序焊接，本人焊 接时速度较慢，但是基本比较顺利，没有出现很大问题。 XX 本次课程设计我主要负责程序的编写以及调试。编写程序的主要是利用中断来产生P WM，利用中断统计ST151产生的频率信号。 才拿到题目时面临的一个问题是如何利用程序来改变点击的速度，请教同学后知道一种 方法叫 PWM，通过改变一个周期的电信号的占空比来实现。当然，在写程序时还是遇到了不少问 题，比方按键怎么判断、改变 PWM 怎么实现、怎么再继续产生等。 程序的第二重点则是利用中断来统计电机转动后由ST151产生的频率信号。这个问题前前 后后想了几种方法，如用计数器统计再读取计数值、通过计数定时时间的频率再凑成1秒 等。但是由于方法不当，结果做出来的效果很差。最终选定，定时时间直接1秒再来统计 频率，这

　　单片机usb供电电路原理图（一） 本文以500ms为开关最高开闭时间，介绍一种既能用交流供电又能用电池供电的电源电路。该电源电路供电能力约为1W。该电源电路在正常情况下可用交流供电。用市售的听单放机的小变压器即可。从电源插孔DC拔出小变压器插头则电路自动由电池供电，插上插头则自动由交流供电。若电源电流不足，则可修改T1三极管为复合三极管，以扩大其供电电流的能力。 一般在单片机系统功率不大的情况下，本电路可满足要求，且电路结构简单，易于自制。交直流电源供电的自动转换原理：购买变压器时，应使其额定直流电压大于等于电池电压的1.1倍。一般单节干电池的电压新用时电压大干1.5V，约为1.65V左右。干电池在使用过程中电池端电压逐渐下降，内阻逐渐增大，直至电池报废。本电源电路在交直流电源同时有电时，由于交流电源电压高于直流电压使二极管D不导通，电路由交流供电。如交流电源无电或电压低，则二极管D自动导通，负载由电池供电。 本电路在合上开关K后，后续电路可延时约0.5s，以躲过电源开关的闭合时间（包括触点颤抖时间）．并可在小于Ims的时间内建立电压。以保证上电复位需要。电路图如上图所示。

　　一、单片机上拉电阻的选择 大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ，而当R1=50时RST为低电平，很明显R1=10k时是错误的，单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管，即便在截止状态时也会有少量截止电流，当R取的非常大时，微弱的截止电流通过就产生了高电平。 二、LED串联电阻的计算问题 通常红色贴片LED：电压1.6V-2.4V，电流2-20mA，在2-5mA亮度有所变化，5mA以上亮度基本无变化。 三、端口出现不够用的情况 这时可以借助

　　555时基过压过流保护电路仿线时基电路的过电压、过电流保护电路 本电路是一个通过555时基电路来对负载进行过电压、过电流的保护功能。采用555时基电路的过电压、过电流保护电路图 在负载正常工作时，电源VDD、三极管VT3、负载和电阻器R6形成回路，电源对负载进行供电。当负载上出现过电流现象时，负载电流的增加使得电阻器R6上的电位增加到0.65—0.7V时，电阻器R6上增加的电位加到了三极管VT1的基极使得VT1导通。此时，555时基电路的6脚、2脚得到一个低电平，555时基电路立刻置位，3脚输出高电平，发光二极管LED点亮，同时，555时基电路内的放电管截止，即7脚悬空，三极管VT3截止，电源和负载断开。电源和负载断开后，电源通过电阻器R2对电容器C3进行充电，当电容器C3两端的电压升到2/3VDD时，555时基电路再次复位，三极管VT3导通，VT1、VT2截止，电源重新加在负载两端，如果还处于过载电流情况下，将重复上述过程，直到负载上电流下降到正常值为止。从而达到了电路对负载的过电流保护作用。 若负载上的电压过载了，负载上的过电压加到电阻器R2和可变电阻器RP上，使得稳压管VS正极的电位增加，导致稳压管击穿，使得三极管VT2导通，555时基电路将处于置位状态，同样使得三极管VT3截止，达到了过压保护的作用。

　　基于单片机的电子闹钟设计 一、系统功能要求 电脑时钟的任务要求为：系统一运行就从 00 点 00 分 00 秒开始计时，并在 数码管上显示时、分、秒当前值。 二、系统整体方案 1、明确任务 基本工作原理：每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对 秒、分、小时寄存器的内容加一；六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。 2、 硬件和软件功能的划分 本课题要求实现的功能比较简单。百分之一秒的控制由 at89s51 的定时器 T0 完成；百分之一秒寄存器的内容加一由 T0 中断完成；动态显示、矩阵式 键盘。 整体框图如下： 1. 单片机的选择 AT89S52，它是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，内含 4k bytes 的可 反复擦鞋的制度程序存储器（PEROM）和 128bytes 的随机存取数据存储器 （RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容 标准 MCS—51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，内 置功能强大的微型计算机的 AT89S52 提供了高性价比的解决方案。其内部有 足够本系统对存储器的要求，不用外扩电路简单。 2. 时钟电路的论证和分析 此系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。 MCS-51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片 外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 CX1 和 CX2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没 有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、 起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为 22uF。在焊接刷电路板 时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容， 更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。 3. 复位电路的论证和分析 MS-51 的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声， 它的输出在每个机器周期的 S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用 上电自动复位和按钮复位俩种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电 路，如图 3 所示。当时钟频率选用 6MHz 时，C 取 22uF，Rs 约为 200 欧， Rk 约为 1k 欧。 4. 按键控制电路： 此系统键的输入是通过独立式键盘来完成的，编程容易易懂，结构简单， 实现起来方便。如图由 P3.0、 P3.1、P3.6、P3.7 作为输入端，构成独立式按 键接口方式。 5. 显示电路： 采用动态扫描方式，从左到右进行，显示缓冲区首地址为 79H。因此各位 显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。经过一段时间间隔后，再调用显 示扫描程序。通过这种反复调用来实现 LED 显示器的动态扫描。 6. 输出控制电路 由 INT1 控制输出，经通过三极管构成的放大电路驱动喇叭发声。 此部分 的放大电路简单容易实现。主要采用了一个小功率 PNP 型硅管 9012，利用 分压偏置式工作点稳定直流通路，达到了对静态工作点的稳定。分压电阻 分别选择 1k 和 5.5k。扬声器一端接晶体管的发射极。 四、软件设计 1、流程图：

　　中南大学 《自动化工程训练》 设计题目 LCＤ时钟程序设计 指导老师 设计者 专业班级 自动化 级 班号 设计日期 2016年9月 目录 一、设计任务要求分析 1 1、1设计总体方案及其方案论证 1 二、 组成电路介绍 １ 2、１ 复位电路： 1 2、２晶振电路: 1 ２、3键盘控制系统设计: 2 2、4闹钟部分: 3 2、５显示电路设计 ３ 2、5、1 LCD1602简介 3 三、软件设计 4 ３、1程序主流程图 5 3、２初始化流程图 5 3、3延时中断子程序 6 3、4时间设置子程序 7 四、系统测试 7 4、1 测试方法 7 ４、２ 测试结果 7 4、３ 结果分析 8 五、源程序 8 一、设计任务要求分析 本设计要实现得功能就是:实时显示当前得时钟,并且可以设定闹铃,以蜂鸣器鸣响５ 秒得方式作为闹铃。 1、1设计总体方案及其方案论证 按照系统得设计功能所要求得,液晶显示电子时钟原理图如图所示。 液晶显示电子时钟原理图 本系统以AＴ８９Ｃ５１单片机为核心,该单片机可把数据进行处理，从而把数据传输 到显示模块LCＤ１602液晶显示器,实现时间及日期得显示。以LCD液晶显示器为显示模块 ,把单片机传来得数据显示出来,并且显示多样化,还可以对时间与日期进行设置，主要靠 按键来实现。 组成电路介绍 ２、1 复位电路： 复位电路 复位电路有两种方式:上电复位与按钮复位,我们主要用按钮复位方式。如图所示： 2、2晶振电路： 晶振电路如图所示: 晶振模块原理图 选取原则:电容选取22ｐF，晶振为12MＨｚ。 1. 电源: ＡT89S５1单片机得供电电源就是５V得直流电。 2. EA非/Ｖpp脚: 我们没有用外部扩展ROM,因此EA非/Vｐp为高电平,即接＋5V电源。 ２、3键盘控制系统设计： 按键需要４个,分别实现为时间调整、时间得加、时间得减、闹钟调整四个功能。用 单片机得４个I/Ｏ口接收控制信号，其电路如图所示: 按键调时电路 通过控制键来控制所要调节得就是时、分、还就是秒。在控制键按下后LCD中会在相 应得位置出现光标,这时在通过加数键或减数键来控制时分秒得加或减。在调闹钟键按下 后LCD中也会在相应得位置出现光标，这时也通过加数键或减数键来设置闹钟。 2、4闹钟部分: 闹钟部分主要由蜂鸣器,三极管，电阻组成。其电路图如图所示: 闹钟电路 当单片机得Ｐ１^５接口输出为高电平时，蜂鸣器响,当输出为低电平时,蜂鸣器停止 。 2、5显示电路设计 ２、５、１ LCD16０２简介 LＣD１602液晶也叫16０2字符型液晶,它就是一种专门用来显示字母、数字、符号等 得点阵型液晶模块,它有若干个5X７或者５X１1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得间隔,每行之间也有也有间隔,起到了字符间距 与行间距得作用，正因为如此,所以她不能显示图形(用自定义CＧＲAM，显示效果也不好 ）。１602ＬCＤ就是指显示得内容为１6X２,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块（ 显示字符与数字)。目前市面上字符液晶绝大多数就是基于ＨD447８０液晶芯片得,控制 原理就是完全相同得,因此基于HD４478０写得控制程序可以很方便地应用于市面上大部 分得字符型液晶。 (1)LCD１６02得主要技术参数 显示容量:1６×2个字符; 芯片工作电压:４、5—5、5V； 工作电流:2、０mA(５、0V); 模块最佳工作电压:5、0Ｖ； 字符尺寸:2、95×4、３５(W×H)ｍm。 （2)LCD1６02引脚功能说明 1602ＬCD采用标准得14脚(无背光)或16脚(带背光)接口，各引脚接口说明如下: 第１脚:VSS为地电源； 第2脚:VDD接5V正电源; 第3脚:ＶL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比 度过高时会产生鬼影,使用时可以通过一个10K得电位器调整对比度; 第4脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器； 第５脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS与R/W共同为 低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/Ｗ为高电平时可以读忙信号,当RS 为高电平Ｒ／W为低电平时可以写入数据； 第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令; 第7~14脚:D0～D７,为8位双向数据线液晶模块得读写操作,屏幕与光标得操作都就是通过指令编程来实现得。本显示 电路将单片机得P０口作为液晶得数据口，由于P0口没有上拉电阻,所以需额外加一个排 阻作为上拉电阻,利用

　　中南大学 《主动化工程练习》 设计标题 LCD时钟程序设计 指点先生 设计者 专业班级 主动化级班号 设计日期 2016年9月 目次 一.设计义务请求剖析1 二.构成电路介绍1 2.1 复位电路：1 2.2晶振电路：1 2.3键盘掌握体系设计：2 2.4闹钟部分：3 2.5.1 LCD1602简介3 三 .软件设计4 四.体系测试7 4.1 测试办法7 4.2 测试成果7 4.3 成果剖析8 五.源程序8 一.设计义务请求剖析 本设计要实现的功效是：及时显示当前的时钟,并且可以设定闹铃,以蜂鸣器鸣响5秒 的方法作为闹铃. 按照体系的设计功效所请求的,液晶显示电子时钟道理图如图所示. 液晶显示电子时钟道理图 本体系以AT89C51单片机为焦点,该单片机可把数据进行处理,从而把数据传输到显示 模块LCD1602液晶显示器,实现时光及日期的显示.以LCD液晶显示器为显示模块,把单片机 传来的数据显示出来,并且显示多样化,还可以对时光和日期进行设置,重要靠按键来实现 . 2. 构成电路介绍 复位电路： 复位电路 复位电路有两种方法：上电复位和按钮复位,我们重要用按钮复位方法.如图所示： 2.2晶振电路： 晶振电路如图所示： 晶振模块道理图 拔取原则：电容拔取22pF,晶振为12MHz. 1. 电源： AT89S51单片机的供电电源是5V的直流电. 2. EA非/Vpp脚： 我们没有效外部扩大ROM,是以EA非/Vpp为高电平,即接+5V电源. 键盘掌握体系设计： 按键须要4个,分离实现为时光调剂.时光的加.时光的减.闹钟调剂四个功效.用单片机 的4个I/O口吸收掌握旌旗灯号,其电路如图所示： 按键调时电路 经由过程掌握键来掌握所要调节的是时.分.照样秒.在掌握键按下后LCD中会在响应的 地位消失光标,这时在经由过程加数键或减数键来掌握时分秒的加或减.在调闹钟键按下 后LCD中也会在响应的地位消失光标,这时也经由过程加数键或减数键来设置闹钟. 闹钟部分： 闹钟部分重要由蜂鸣器,三极管,电阻构成.其电路图如图所示： 闹钟电路 当单片机的P1^5接口输出为高电日常平凡,蜂鸣器响,当输出为低电日常平凡,蜂鸣器 停滞. 显示电路设计 LCD1602简介 LCD1602液晶也叫1602字符型液晶,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,它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位构成,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距离,每行之间也有也有距离,起到了字符间距和行间距的感化 ,正因为如斯,所以他不克不及显示图形（用自界说CGRAM,显示后果也不好）.1602LCD是 指显示的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）.今朝 市情上字符液晶绝大多半是基于HD44780液晶芯片的,掌握道理是完整雷同的,是以基于H D44780写的掌握程序可以很便利地运用于市情上大部分的字符型液晶. （1）LCD1602的重要技巧参数 显示容量：16×2个字符; —5.5V; 工作电流：2.0mA(5.0V); 模块最佳工作电压：5.0V; ×4.35(W×H)mm. （2）LCD1602引脚功效解释 1602LCD采取尺度的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口,各引脚接口解释如下： 第1脚：VSS为地电源; 第2脚：VDD接5V正电源; 第3脚：VL为液晶显示器比较度调剂端,接正电源时比较度最弱,接地时比较度最高,比较 渡过高时会产生鬼影,运用时可以经由过程一个10K的电位器调剂比较度; 第4脚：RS为存放器选择,高电日常平凡选择数据存放器.低电日常平凡选择指令存放器; 第5脚：R/W为读写旌旗灯号线,高电日常平凡进行读操纵,低电日常平凡进行写操纵.当R S和R/W配合为低电日常平凡可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电日常平 凡可以读忙旌旗灯号,当RS为高电平R/W为低电日常平凡可以写入数据; 第6脚：E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电日常平凡,液晶模块履行敕令; 第7～14脚：D0～D7,为8位双向数据线液晶模块的读写操纵,屏幕和光标的操纵都是经由过程指令编程来实现的.本显示电 路将单片机的P0口作为液晶的数据口,因为P0口没有上拉电阻,所以需额外加一个排阻作 为上拉电阻,运用P1口作为其读写掌握端,具体电路如图. 显示电路 三 .软件设计 软件设计是本次设计中不成缺乏的环节,是本次设计可以或许完成的最重要的环节之 一.在完成了硬件电路的设计之后,根据体系设计要乞降硬件电路开端体系软件部分的设 计.本体系软件设计包含：主程序.体系初始化子程序.延时中止子程序.时光设置子程序 .起首进行模块设计,最落后行各模块的整合

　　一、单片机上拉电阻的选择 大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ，而当R1=50时RST为低电平，很明显R1=10k时是错误的，单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管，即便在截止状态时也会有少量截止电流，当R取的非常大时，微弱的截止电流通过就产生了高电平。 二、LED串联电阻的计算问题 通常红色贴片LED：电压1.6V-2.4V，电流2-20mA，在2-5mA亮度有所变化，5mA以上亮度基本无变化。 三、端口出现不够用的情况 这时可以借助扩展芯片来实现，比如三八译码器74HC138来

　　LED旋转显示器时基于视觉暂留原理，开发的一种旋转式LED显示屏。其在具有一定转速地载体上安装16个LED发光器件，各LED发光管等间距排位一条直线，随着旋转速度的加快，在计算机软件精确的时序控制下，不断扫描出预设的文字，图案等。使用一个光耦（U型槽的红外对管）作为定位传感器，当旋转一周时，挡光板遮挡光源，光敏三极管的集电极输出高电平，当离开挡光板时，集电极再次输出低电平，从而给单片机一个下降沿的跳变型号，产生一个中断，从而更新显示。供电部分，因为整个装置是在不停的高速旋转当中，所以我们做了一个简单的电刷装置，把220V的交流电通过变压器变成12V的交流电，再由桥式整流电路，和滤波电路，变为平滑的直流电，最后通过7805芯片输出我们需要的5V直流电源，通过电刷把电源和指针板上的单片机连接为其供电。而旋转载体因为需要12V的电压源，所以采用分别供电的方式。

　　第1 页共27 页 1 概述 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测 量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称 闸门时间为1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频 率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越 短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响本文。数字频率计是 用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可开云真人官方网站 云开真人以是正弦波，方波或其它周期性 变化的信号。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器 电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。 数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功 能，从而提高系统可靠性和速度。 集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2 大 类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。 一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上 却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。 2 系统的总体设计： 2.1 原理设计 本频率计的设计以AT89S52 单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成 待测信号周期/频率的测量。单片机AT89S52 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中断要求的功 能。在构成为定时器时,每个机器周期加1 (使用12MHz 时钟时,每1us 加1)，这 样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部 引脚发生从1 到0 的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测 量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1 到0 的跳变至少需要2 个机器周期(24 个振荡周期) ,所以最大计数速率为时钟频率 的1/24 (使用12MHz 时钟时,最大计数速率为500 KHz) 。定时/计数器的工作由 相应的运行控制位TR 控制,当TR 置1 ,定时/计数器开始计数;当TR 清0 ,停止计 数。设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测 量结果为4 位有效数字,这时如果待测信号的频率为1Hz ，则计数闸门宽度必须 大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求,把测量工作分为两 种方法。当待测信号的频率大于等于2Hz 时,定时/ 计数器构成为计数器，以机 器周期为基准,由软件产生计数闸门,这时要满足频率测量结果为4 位有效数字, 则计数闸门宽度大于1s 即可。当待测信号的频率小于2Hz 时，定时/ 计数器构 成为定时器,由频率计的予处理电路把待测信号变成方波,方波宽度等于待测信号 的周期。用方波作计数闸门，完全满足测量精度的要求。 频率计的量程自动切换在使用计数方法实现频率测量时，这时外部的待测信 号为定时/ 计数器的计数源，利用定时器实现计数闸门。频率计的工作过程为： 首先定时/计数器T0 的计数寄存器设置一定的值,运行控制位TR0 置1，启动定 时/ 计数器0；利用定时器0 来控制1S 的定时，同时定时/计数器T1 对外部的待 第2 页共27 页 测信号进行计数,定时结束时TR1 清0 ,停止计数；最后从计数寄存器读出测量数 据，在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果。在使用定时方法实现频率测 量时,这时外部的待测信号通过频率计的予处理电路变成宽度等于待测信号周期 的方波，该方波同样加至定时/ 计数器1 的输入脚。这时频率计的工作过程为: 首先定时/ 计数器1 的计数寄存器清0 ,然后检测到方波的第二个下降沿是否加 至定时/ 计数器的输入脚；当判定下降沿加至定时/计数器的输入脚，运行控制位 TR0 置1 ,启动定时/计数器T0 对单片机的机器周期的计数，同时检测方波的第 三个下降沿；当判定检测到第三个下降沿时TR0 清0 ，停止计数，然后从计数 寄存器T0 读出测量数据，在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果。测量 结果的显示格式采用科学计数法,即有效数字乘以10 为底的幂。这里设计的频 率计用4 位数码管显示测量结果。 定时方法实现频率测量。定时方法测量的是待测信号的周期，这种方法只设 一种量程，测量结果通过浮点数运算模块将信号周期转换成对应的频率值,再将 结果送去显示。这样无论采用何种方式，只要完成一次测量即可,频率计自动开 始下一个测量循环,因此该频率计具有连续测量的功能,同时实现量程的自动转 换。 数字频率计的硬件框图如图2.1 所示。 由此可以看出该频率计主要由八部分组成，分别是： (1)待测信号的放大整形电路 因为数字频率计的测量范围为峰值电压在一定电压范围内的频率发生频率 发生周期性变化的信号，因待测信号的不规则，不能直接送入FPGA 芯片中处 理，所以应该首先对待测信号进行放大、降压、与整形等一系列处理。 (2)分频电路 将处理过的信号4 分频，这样可以将频率计的测量范围扩大4 倍。 (3)逻辑控制 控制是利用计数还是即时检测待测信号的频率。 (4)脉冲计数/定时 根据逻辑控制对待测信号计数或定时。将计数或定时得到的数据直接输入 数据处理部分。 第3 页共27 页 (5)数据处理 根据脉冲计数部分送过来的数据产生一个控制信号，送入脉冲定时部分， 如果用计数就可以得到比较精确的频率，就将这个频率值直接送入显示译码部 分。 (6)显示译码 将测量值转换成七段译码数据，送入显示电路。 (7)显示电路 通过4 个LED 数码管将测得的频率值显示给用户。 (8)系统软件 包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模 块、信号周期测量模块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点数算 术运算模块、浮点数到BCD 码转换模块。 由于数据处理、脉冲计数/定时、逻辑控制和显示译码都是在单片机里完成 的，所以我们可以把系统分为以下几个模块：数据处理电路、显示电路、待测信 号产生电路、待测信号整形放大电路，电源电路。 2.2 主要开发工具和平台 2.2.1 原理图和印刷电路板图设计开发工具：PROTEL DXP Protel DXP 是第一套完整的板卡级设计系统，真正实现在单个应用程序中的 集成。设计从一开始的目的就是为了支持整个设计过程，Protel DXP 让你可以 选择最适当的设计途径来按你想要的方式工作。Protel DXP PCB 线 数字频率计的硬件框图 显示译码 待测信号的放大整形电路 数据处理逻辑控制 脉冲计数/定时 显示电路 待测波输入 分频电路 第4 页共27 页 统完全利用了Windows XP 和Windows 2000 平台的优势，具有改进的稳定性、 增强的图形功能和超强的用户界面。 Protel DXP 是一个单个的应用程序，能够提供从概念到完成板卡设计项目的 所有功能要求，其集成程度在PCB 设计行业中前所未见。Protel DXP 采用一种 新的方法来进行板卡设计，使你能够享受极大的自由，从而能够使你在设计的 不同阶段随意转换，按你正常的设计流量进行工作。 Protel DXP 拥有：分级线路图设计、Spice 3f5 混合电路模拟、完全支持线路 图基础上的FPGA 设计、设计前和设计后的信号线传输效应分析、规则驱动的 板卡设计和编辑、自动布线和完整CAM 输出能力等。 在嵌入式设计部分，增强了JTAG 器件的实时显示功能，增强型基于FPGA 的逻辑分析仪，可以支持32 位或64 位的信号输入。除了现有的多种处理器内核 外，还增强了对更多的32 位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理 器， FPGA 内部嵌入的硬处理器， 分立处理器之间无缝的迁移。使用了 Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA 上实现的逻辑模块可以透明的连接到各 种处理器上。引入了以FPGA 为目标的虚拟仪器，当其与LiveDesign-enabled 硬 件平台NanoBoard 结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA 的设 计，可以更换各种FPGA 子板,支持更多的FPGA 器件。 2.2.2 单片机程序设计开发工具：KEIL C51 keil c51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发 系统，和汇编相比，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优 势，因而易学易用。 Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体 会到keil c51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人 员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件，然后分别有C51 及A51 编 辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX），然后通过单片机的烧 写软件将HEX 文件烧入单片机内。3 2.2.3 单片机仿真软件：PROTEUS Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。可以仿线 系列、 AVR，PIC 等常用的MCU 及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马 达，LED，AD/DA，部分SPI 器件，部分IIC 器件，...） 其实proteus 与 multisim 比较类似，只不过它可以仿真MCU！唯一的缺点，软件仿真精度有 限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型。 使用keil c51 v7.50 + proteus 6.7 可以像使用仿真器一样调试程序，可以完全 仿真单步调试，进入中断等各种调试方案。 Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU 的工 作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。 因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储 器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。 对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛 第5 页共27 页 盾和现象。 3 系统详细设计： 3.1 硬件设计 3.1.1 数据处理电路 ( 1 ) 中央处理模块的功能： 直接采集待测信号，将分两种情况计算待测信号的频率： 如果频率比较高，在一秒内对待测信号就行计数。 如果频率比较低，在待测信号的一个周期内对单片机的工作频率进行计数。 将得到的频率值通过显示译码后直接送入显示电路，显示给用户 ( 2 ) 电路需要解决的问题 单片机最小系统板电路的组建，单片机程序下载接口和外围电路的接口。 单片机最小系统板的组建： ①单片机的起振电路作用与选择： 单片机的起振电路是有晶振和两个小电容组成的。 晶振的作用：它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单 片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越 高，那单片机的运行速度也就越快。MCS-51 一般晶振的选择范围为1～ 24MHz，但是单片机对时间的要求比较高，能够精确的定时一秒，所以也是为了 方便计算我们选择12MHz 的晶振。 晶振两边的电容：晶振的标称值在测试时有一个“负载电容”的条件，在工 作时满足这个条件，振荡频率才与标称值一致。一般来讲，有低负载电容（串 联谐振晶体），高负载电容（并联谐振晶体）之分。在电路上的特征为：晶振 串一只电容跨接在IC 两只脚上的，则为串联谐振型；一只脚接IC，一只脚接地 的，则为并联型。如确实没有原型号，需要代用的可采取串联谐振型电路上的 电容再并一个电容，并联谐振电路上串一只电容的措施。单片机晶振旁的2 个 电容是晶体的匹配电容，只有在外部所接电容为匹配电容的情况下，振荡频率 才能保证在标称频率附近的误差范围内。 最好按照所提供的数据来，如果没有，一般是30pF 左右。太小了不容易起 振。这里我们选择30pF 的瓷片电容。我们选择并联型电路如图3.1 所示。 ②单片机的复位电路： 2 1 Y1 12Mz C2 30pF C1 30pF XTAL1 XTAL2 图3.1 第6 页共27 页 影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: 外因：即射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线 或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减 该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦 合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。 内因：振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电 路的可靠性。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定 后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信 号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 为了方便我们选择RC 复位电路可以实现上述基本功能如图3.2 所示。 但是该电路解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等 问题而且调整RC 常数改变延时会令驱动能力变差。增加Ch 可避免高频谐波 对电路的干扰。 复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽 度的电源毛刺也可令系统可靠复位。 在选择元器件大小时，正脉冲有效宽度 2 个机器周期就可以有效的复位， 一般选择C3 为0.1uF 的独石电容，R1 为1K 的电阻，正脉冲有效宽度为： ln10*R1*C3=230

　　2，即可以该电路可以产生有效复位。 ( 3 ) 程序下载线 自带有isp 功能，ISP 的全名为In System Programming，即在线编 程通俗的讲就是编MCU 从系统目标系统中移出在结合系统中一系列内部的硬 件资源可实的远程编程。 ISP 功能的优点： ①在系统中编程不需要移出微控制器。 ②不需并行编程器仅需用P15，P16 和P17，这三个IO 仅仅是下载程序的时 候使用，并不影响程序的使用。 ③结合上位机软件免费就可实现PC 对其编程硬件电路连接简单如图3.3 所 示。 104 C3 1K R1 S1 VCC D1 1N4007 RESET Ch 0.1uF 图3.2 复位电路 第7 页共27 页 系统复位时，单片机检查状态字节中的内容。如果状态字为0，则转去0000H 地址开始执行程序这是用户程序的正常起始地址。如果状态字不0， 则将引导 向量的值作为程序计数器的高8 位，低8 位固定为00H，若引导向量为FCH， 则程序计数器内容为FC00H 即程序转到FC00H 地址开始执行而ISP 服务程序 就是从，FC00H 处开始的那么也就是进入了ISP 状态了，接下来就可以用PC 机 的ISP 软件对单片机进行编程了。 ( 4 ) 去耦电容 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷 电容的高频特性较好。 设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。 去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电 路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中 典型的去耦电容为0.1uf 的去耦电容有5nH 分布电感，它的并行共振频率大约在 7MHz 左右，也就是说对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz 以 上的噪声几乎不起作用。 1uf，10uf 电容，并行共振频率在20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好 一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf 或10uf 的去高频电容往往是有利 的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。 每10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小 可选10uf。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的 结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f 计算；即10MHz 取0.1uf，对微控 制器构成的系统，取0.1~0.01uf 之间都可以。 从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时 候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电 感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情 况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互 间的耦合干扰。 旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给 高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐 振频率一般是0.1u，0.01u 等，而去耦合电容一般比较大，是10u 或者更大，依 据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。 去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp 所说，去耦电容相当于电池，避免 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P6 P17 P16 RESET P15 GND GND VCC 图3.3 程序下载线 页 由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大 小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高 频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频 率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC 串联模型。在某个频率，会发生谐 振，此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图，就会发现 一般都是一个V 形的曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还 要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。去耦电容在集成 电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面 旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的 分布电感的典型值是5μH。0.1μF 的去耦电容有5μH 的分布电感，它的并行共振 频率大约在7MHz 左右，也就是说，对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效 果，对40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF 的电容，并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10 片左右集成电路要加一片充 放电电容，或1 个蓄能电容，可选10μF 左右。最好不用电解电容，电解电容是 两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或 聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz 取0.1μF， 100MHz 取0.01μF，电路图如图3.4 所示。 ⑸单片机与外界的接口 显示电路的段选使用P0 口，P0 口是属于TTL 电路，不能靠输出控制P0 口 的高低电平，需要上拉电阻才能实现。 由于单片机不能直接驱动4 个数码管的显示，需要数码管的驱动电路，驱动 电路采用NPN 型的三极管组成，即上拉电阻又有第二个作用，驱动晶体管，晶 体管又分为PNP 和NPN 管两种情况：对于NPN，毫无疑问NPN 管是高电平有 效的，因此上拉电阻的阻值用2K——20K 之间的，具体的大小还要看晶体管的 集电极接的是什么负载，对于数码管负载，由于发管电流很小，因此上拉电阻 的阻值可以用20k 的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电 流大，因此上拉电阻的阻值最好不要大于4.7K，有时候甚至用2K 的。对于PNP 管，毫无疑问PNP 管是低电平有效的，因此上拉电阻的阻值用100K 以上的就行 了，且管子的基极必须串接一个1～10K 的电阻，阻值的大小要看管子集电极的 负载是什么，对于数码管负载，由于发光电流很小，因此基极串接的电阻的阻 值可以用20k 的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电流 大，因此基极电阻的阻值最好不要大于4.7K。与外界的信号交换接口，电路图 如图3.5。 104 CK11 104 CK12 104 CK13 104 CK14 VCC 图3.4 去耦电容 第9 页共27 页 数码管的段选通过P00～P07 口来控制的。 数码管的位选通过P20～P23 口来控制的。 计算待测信号的频率通过计数器1 来完成的所有待测信号解答计数器的T1 口上，即P3.5。 ⑹单片机的选型： AT89SC52 和AT89SS52 最主要的区别在于下载电压，AT89SC52 单片机下载 电压时最小为12V，而AT89S52 仅在5V 电压下就可以下载程序了，而且AT89S52 支持ISP，即在线编程。为了使用方便，在本系统中我们使用AT89S52 单片机。 ①AT89S52 主要性能 与MCS-51 单片机产品兼容。 8K 字节在系统可编程Flash 存储器。 l 1000 次擦写周期。 全静态操作：0Hz～33Hz。 VCC 1 2 YK1 30pF CK1 30pF CK2 VCC P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P15 P16 P17 123456789 PK1 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2/ECI 3 P1.3/CEX0 4 P1.4/CEX1 5 P1.5/CEX2 6 P1.6/CEX3 7 P1.7/CEX4 8 9 RST 10 P3.0/RxD 11 P3.1/TxD 12 P3.2/INT0 13 P3.3/INT1 14 P3.4/T0 15 P3.5/T1 16 P3.6/WR 17 P3.7/RD 18 XTAL2 19 XTAL1 20 VSS P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 29 PSEN 30 ALE/PROG 31 EA/VPP P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 UK1 AT89S52 图3.5 单片机与外界接口 第10 页共27 页 三级加密程序存储器。 32 个可编程I/O 口线 位定时器/计数器。 八个中断源。 全双工UART 串行通道。 低功耗空闲和掉电模式。 掉电后中断可唤醒。 看门狗定时器。 双数据指针。 掉电标识符。 ②功能特性描述： AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编 程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash， 使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节Flash，256 字节RAM， 32 位I/O 口 线 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，AT89S52 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 件复位为止R8 位微控制器8K 字节在系统可编程Flash 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 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，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器2 的外部计 数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所 示。在flash 编程和校验时，P1 口接收低8 位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2 （定时器/计数器T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/ 重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI （ 在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用） 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（IIL）。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（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用 第11 页共27 页 中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8 位地址（如MOVX @RI）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I/O 口，p2 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（IIL）。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如 下表所示。在flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外 部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0（定时器0 外部输入）P3.5 T1（定时器1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复 位。看门狗计时完成后，RST 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/PROG：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（PROG）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。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储 器时，LE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为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MOVC 指令时有 效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为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。PSEN:外部程序存储器选 通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52 从外部程序存储器执 行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器 时，PSEN 将不被激活。EA/VPP: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，EA 必须接GND。为了执行内部 程序指令，EA 应该接VCC。在flash 编程期间，EA 也接收12 伏VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相 放大器的输出端。 ③特殊功能寄存器 特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映象如表1 所示。 并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些 地址，一般将 得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地 址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位 都为“0”。 定时器2 寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位 （如表2 和表3 所示），寄存器对RCAP2H 和RCAP2L 是定时器2 的捕捉/自动 重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在IE 寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE 中设置。 3.1.2 显示电路 LCD 与LED 的区别。 第12 页共27 页 LED 仅仅是由8 个led 灯组成的数码显示器件，电路简单，操作容易。 LCD 是有点阵组成的显示器件，该器件电路和软件复杂，但是交互性好。 该系统展示给用于的数据为频率值，用LED 数码管显示即可。 LED 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码 管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1 位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共 阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM 接到+5V，当某一字段 发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平 时，相应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形 成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一 字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示 出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态 式两类。 ① 静态显示驱动 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的I/O 端口进行驱动，或者使用如BCD 码二-十进制译码器译码进行驱 动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要5×8＝40 根I/O 端口来驱动，要知道一个89S51 单片 机可用的I/O 端口才32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动， 增加了硬件电路的复杂性。 ② 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态 驱动是将所有数码管的8 个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为 每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O 线控 制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那 个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们 只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数 码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮 流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数 码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显 示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量 的I/O 端口，而且功耗更低。由于我们使用的FPGA 芯片的型号为EPF10K10， 有足够的IO 口分别去控制数码管的段选。这里我们采用动态显示方式。 由于FPGA 的IO 口没有足够的驱动能力去驱动数码管，所以需要数码管的 驱动电路，该驱动电路我们选择由三极管组成的电路，该电路简单，软件容易 实现。其中一个数码管的驱动电路图如图3.6 所示。 数码管为共阴极，当CS1=1 时，即三极管Q9 被饱和导通，则数码管的公共 极被间接接地，数码管被选中，数据将在该管上显示，当CS=0 时，三极管Q9 被截至，则数码管的公共极被没有接地，即使CSA，CSB，CSC，CSD，CSE， 第13 页共27 页 CSF，CSG，CSDP 被送入数据也不会有显示。 CSA，CSB，CSC，CSD，CSE，CSF，CSG，CSDP 分别为数码管的位选， 哪一位为“1”，即相应的三极管饱和导通，则相应的数码管段被点亮。“0”为截 止。相应的数码管段灭，这样数码管就有数字显示出来。 我们在该系统使用了4 个数码管，使用动态显示，即通过片选，是每个数码 管都亮一段时间，不断循环扫描，由于人的眼睛有一段时间的视觉暂留，所以 给人的感觉是每个数码管同时亮的，这样4 个数码管就把4 位十进制数据就显示 出来了。 数码管驱动电路：由于单片机芯片没有足够的能力驱动4 个数码管，因此需 要增加数码管驱动电路。 驱动电路我们可以选择由三极管组成的电路，该电路简单，程序容易实现. 3.1.3 待测信号产生电路 可变基准发生器模块的功能为：主要用于仿真外界的周期性变化的信号，用 于电路的测试，对频率的精度没有要求，只要能产生周期性变化的信号即可。 该部分不为频率计的组成部分，再加上为了节省成本我们使用LM555 芯片 组建的多谐振振荡器电路电路如图3.7 所示，电容C,电阻RA 和RB 为外接元 件，其工作原理为接通电源后，5V 电源经RA 和RB 给电容C 充电，由于电容 上电压不能突变，电源刚接通时，555 内部比较器A1 输出高电平，A2 输出低电 平，即RD=1,SD=0,基于RS 触发器置“1”，输出端Q 为高电平，此时，Q=0，使 A 1 2 f 3 g 4 e5 d A 6 8 c 7 DP 9 b10 a DS1 Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN Q4 NPN Q5 NPN Q6 NPN Q7 NPN Q8 NPN Q9 NPN VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC A B C C D D E EF F G G DP DP AB 100 R1 100 R2 100 R3 100 R4 100 R5 100 R6 100 R7 100 R8 100 R9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P1 CS1 CSA CSA CSB CSB CSC CSC CSD CSD CSE CSE CSF CSF CSG CSG CSDP CSDP 图3.6 显示电路 第14 页共27 页 内部放电管截止。 当电容两端电压Vc 上升到大于5V 的电压的三分之一时，RD=1,SD=1,基本 RS 触发器状态不变，即输出端Q 仍为高电平，当电容两端电压Vc 上升到略大 于2*5V/3 是，RN=0,SD=1,基本RS 触发器置0，输出端Q 为低电平，这时Q=1， 使内部放电管饱和导通。于是电容C 经RB 和内部的放电管放电，电容两端电压 按指数规律减小。当电容两端电压下降到略小于5V 电压的三分之一时，内部比 较器A1 输出高电平，A2 输出低电平，基本RS 触发器置1，输出高电平，这 时，Q=0，内部放电管截止，于是电容结束放电，如此循环不止，输出端就得 到了一系列矩形脉冲。如图3.8 所示。 电路参数的计算： 为了使Q 端输出频率可变，RB 用电位器来取代。 电容选择如果选择105的独石电容，即C=1uF= uF ，RA选1K的电10106 2 TRIG OUT 3 4 RST CVOL5T 6 THR 7 DISC 8 VCC GND1 U1 LM555CJ RA C VCC RB 5V VCC 图3.7 待测信号产生电路 图3.8 LM555 工作时电流变化 第15 页共27 页 阻，RB 选择5K的电位器，由公示f =1.443/RA+RBC计算可得：当RB=0 时，f=1.443KHz, 当RB=5K 时， f=240Hz, 由此可得， 该电路的输出频率范围为： 240~1443(Hz)。 元器件的简介 LM555/LM555C 系列是美国国家半导体公司的时基电路。我国和世界各大 集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一种通用集成电 路。LM555/LM555C 系列功能强大、使用灵活、适用范围宽，可用来产生时间 延迟和多种脉冲信号，被广泛用于各种电子产品中。 555 时基电路有双极型和CMOS 型两种。LM555/LM555C 系列属于双极 型。优点是输出功率大，驱动电流达200mA。而另一种CMOS 型的优点是功 耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几 毫安。 另外还有一种双时基电路LM556，14 脚封装，内部有两个相同的时基电路 单元。 特性简介： 直接替换SE555/NE555。 定时时间从微秒级到小时级。 可工作于无稳态和单稳态两种方式。 可调整占空比。 输出端可接收和提供200mA 电流。 输出电压与TTL 电平兼容。 温度稳定性好于0.005%/℃。 应用范围 精确定时。 脉冲发生 连续定时 频率变换 脉冲宽度调制 脉冲相位调制 电路特点： LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组 成，是模拟电路和数字电路的混合体。其中6 脚为阀值端（TH），是上比较 器的输入。2 脚为触发端（ TR ） ， 是下比较器的输入。3 脚为输出端 （OUT），有0 和1 两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。7 脚为 放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输 入端的状态决定。4 脚为复位端（R），叫上低电平（

　　2/3VCC 是高电平 1，1/3VCC 是高电平1，7V，由此可以看出 LM7805 将正常工作，输出电压为5V。电路如图3.10 所示。 元器件的选型与电路参数的计算： LM7805 芯片简介： 外形图及引脚排列H 7805 系列为3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供 多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散 热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得 不同的电压和电流。 主要特点： 1 IN 3 OUT 2 GND U1 LM7805 Q1 PNP Q2 PNP Q3 NPN R1 R2 R3 0.33uF C1 0.1uF C2 D1 D2 1N4007 D3 D4 0.1uF C4 10UF C5 1 2 5V 图3.10 第20 页共27 页 输出电流可达2A。 输出电压有：5V。 过热保护。 短路保护。 输出晶体管SOA 保护。 7805 的功能框图如图3.11： 注意： 输入电压，即为纹波电压中的低值点，都必须高于所需输出电压2V 以 上。 当稳压器远离电源滤波器时，要求用C1。 CO 可改善稳定性和瞬态响应。 该模块的不足和对进一步完善提出建议： 该模块的不足： 转换的效率低：线性稳压器的效率直接与其调整管所消耗的功率有 关。调整管的功耗等于电流×(输入电压-输出电压)，由此可见，有些情况下调整 管会产生较大损耗。例如，负载为1A 时，将10V 的电压降至5V 输出，线%。该电路将会很耗电。 散热问题：由上可知线性稳压器的功耗将在高于总电路的50%，例如，我 们的电路功率为10W，那么线性稳压器的功率将会高于5W，这5W 的99%将通 过热量散失到外界，如果散热管理不适当将会使整个系统在高温下工作，影响 整个系统的性能之外，也严重的影响着整个系统的寿命。 提出建议： 线性稳压器的低效率迫使寻求新的改进方案，开关电源引起人们的关注。 根据开关电源的工作原理，在不同负载和电压下，一个设计良好的开关电源的 效率可达90%甚至更高。这相比线%。通过直观的比 较，开关电源降压的优势便体现出来了，其他开关电源的拓扑结构同样具有相 近或是更高的效率。开关电源设计不仅仅具有高效率这一主要优势，由于功耗 的降低还带来许多直接的好处。例如，与低效率的竞争产品相比，开关电源的 散热片面积大大减小。降低了对热管理的要求；而且更重要的是，由于器件不 会工作在低效的高温环境中，大大提高了器件的可靠性，进而延长工作寿命。 图3.11 第21 页共27 页 3.2 软件设计 3.2.1 编程语言的选择： 汇编和C 语言 汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言 在汇编语合中，用助记符(Memoni)代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号 (Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制。