基于51单片机的高精度频率计的设计与制作

基于51单片机的高精度频率计的设计与制作内容摘要：

图 8 1602字符型液晶显示器实物图 1602 液晶显示器 分为带背光和不带背光两种， 其 控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚。 1602 液晶显示器 主要技术参数：显示容量 ： 162 个字符；芯片工作电压 ： ；工作电流 ： ()；模块最佳工作电压 ： ；字符尺寸 ：(WH)mm。 1602 液晶显示器 采用标准的 14脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 1所示。 表 1 引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLK 背光源 负 极 8 D1 数据 16 BLA 背光源 正 极 10 引脚说明：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，接通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“ 重 影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度；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 和 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 为高电平时可以读取信号， 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；第 15 脚为背光源 负 极；第 16 脚为背光源 正 极。 LCD 显示电路及原理 根据 设计要求 ，频率计量程是 1KHz～ 100KHz，相对误差 %，精度达到 5位半，显示范围 从 十进制数 0～ 19999， 分辨率为 （ 1KHz 量程时）。 因此就需要显示电路具有 较多的位数，同时可以显示字母和符号 ， 所以采用 1602 字符型液晶显示器 作为数据显示 ，电路如图 9所 示。 V S S1V D D2VO3RS4R / W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714B L A15B L K16J4R 2120 1 / 2W1133W2R 221 0 K+5+5P 20P 22P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 21P 07P 061 6 0 2 液晶 图 9 液晶显示电路 采用液晶显示器具有 工作电流比 LED小 （ 功耗低 ）、 可以有良好的人机界面 、 直观 、显示效果理想 、 体积小 等优点。 图 9中的 R22是 10K 的可调电阻，主要是调节液晶显示器的对比度。 串口电路 MAX232 芯片介绍 MAX232 是由德州仪器公司推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。 它包括 2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路。 11 特点：单 5V 电源工作 两个驱动器及两个接收器 177。 30V，输入电平 低电源电流，典型值是 8Mv 3 硬件制作 制作一块电路板最基本的过程大致有 三个步骤，一般是设计原理图→产生网络表→印制电路板设计。 具体的设计过程如下： 步骤 电路原理图的设计主要是 PROTEL的原理图设计系统来绘制一张电路原理图，在这一过程中，要充分利用 PROTEL所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的。 （ 1）先设计图纸的大小，要构思好自己即将要画的电路原理图的大小，元件的摆放，设计合适的图纸大小。 （ 2）再设置 PROTEL的设计环境，包括设置格点的大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。 （ 3）根据电路图需要，将零件从库里取出放置 到图纸上，并对放置的零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作，然后将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图，完成之后进行电气规则检查。 （ 4）若没有错误，产生网络表，网络表式电路原理图撒合计与印制电路板设计之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。 网络表可以从电路原理图中获得，也可以从印制电路板中提取出来。 印制电路板是 PROTEL中的一个设计 PCB的重要组成部分。 用这个功能实现 PCB的版面设计。 PCB 布局 由于本次设计要求较高，采用手工布局，布局的原则一般是，左边是信号输 入，右边是信号输出，接插件等要跟外部连接的元件放电路板的边缘，走线不得出现锐角。 尽可能的把属于同一个模块的元件放一起。 这样会提高电路的性能。 检查 :布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，外框是否在禁止布线层上画的。 同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。 电源线和地线的宽度是否合适，在 pcb 12 中是否还有能让地线加宽的地方。 注意： 有些错误可以忽略，例如有些接插件 的 outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。 电路板的焊接 PCB板的设计完成并检查无误后，将它用雕刻机刻在覆铜板上。 准备好元件后，就可以进行焊接了，焊接过程中还是要遵循先低后高、先小后大的原则，尽管元件不多。 焊接的操作步骤：烙铁焊接的具体操作步骤可分为五步 (操作 )，称为五步法，五步法的正确焊接操作过程分为 5个步骤：（ 1）准备、（ 2）加热、（ 3）加焊点、（ 4）移开焊料、（ 5）移开烙铁。 实际操作中，（ 2）～（ 5）的操作过程，一般要求在 2～ 3秒的时间内完成；具体的焊接时间还要根据环境温度的高低、电烙铁的功率大小以及焊点的热容量来确定。 注意事项 (1)烙铁一股选用内热式 (20～ 35 W）或调温式 (烙铁的温度不超过 300℃ )，烙铁头选用小圆锥形。 (2)加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。 对于较大的焊盘 (直径大于 5 mm)，焊接时刻移动烙铁，即烙铁绕焊盘转动。 ＇ (3)对于金属化孔的焊接，焊接时不仅要让焊料润湿焊盘，而且孔内也要润湿填充。 因此，金属化孔加热时间应比单面板长。 (4)焊接时不要用烙铁头摩 擦焊盘，要靠表面清理和预焊来增强焊料润湿性能。 耐热性差的元器件应使用工具辅助散热，如镊子。 4 系统软件设计 总体软件设计由频率测量 、 LCD 显示、报警等 组成。 如图 10就是总体软件的流程图，先初始化，单片机系统不断的检测的 T0端口有无信号进来，如果没有，那么就继续等待，直到信号进来为止，进来了就执行下一步的定时并计数， 按照公式 Fosc=（ THO*256+TL0） *4 计算信号的频率值， 软件对计算出来的频率值进行比较，如果在 1KHZ100KHZ 之间，那么就显示相应的频率值，如果不在这范围之间，显示器就显示报错语句。 软件流程图： 13 开 始初 始 化检 测 到 T 0 信 号定 时 并 计 数计 算 频 率 值 F o s c ＝ ( T H 0 * 2 5 6 + T L 0 ) * 4判 断 频 率 值 是 否 在 1 K H Z —1 0 0 K H Z 之 间显 示 测 量 值结 束等 待显 示 错误 语 句NYYN 图 10 总程序图 LCD 显示软件设计 软件流程图： 开 始初 始 化1 5 M S 延 时将 8 0 H 送 控 制 子 程 序 （ 检 测忙 信 号 ）清 屏显 示 器 开 、 光 标 开 、 闪烁 开文 字 不 动 ， 光 标自 动 右 移写 入 显 示 起 始 地址写 入 控 制 指 令 子程 序显 示 被 测 量 的 频率 值右 移 显 示 文字 ” H Z ”返 回 图 11 显示流程图 14 频率测量软件设计 本次频率测量是通过 LM358 转化成方波信号进行测量的，一定时间内对方波的上升沿进行计数然后转换的，测量值都是以公式 待测频率值 =（储存值高 8 位 256+储存值低 8 位） 4进行 计算的。 测量软件流程图： 检 测 单 片 机 T 0 口 是 否 有信 号 进 入T 1 计 数 器 定 时 2 5 0 m s ， T 0 开始 计 数储 存 2 5 0 m s 内 的 计 数 值（ Y ）以 公 式 F = ( T H 0 2 5 6 + T L 0 ) 4输 出 显 示返 回 图 12 频率测量流程图 报警程序设计 当待检测信号电压值超过 100KHZ 或者低于 1KHZ 时，频率计的 LCD 显示器就显示报错语句“ fff” ， 即超过量程的时候频率计就显示错误提示语句。 软件设计流程图： 最 终 待 输 出 的 数 值 与定 值 1 0 0 0 比 较最 终 待 输 出 的 数 值 与定 值 1 0 0 0 0 0 比 较正 常 显 示 ， P 2 . 7 仍 为低 电 平P 2 . 7 输 出 高 电平 报 警P 2 . 7 输 出 高 电平 报 警 ≥ 1。