单片机课程设计

目录。1. 引言2

2. 总体设计方案2

2.1系统组成2

2.2各芯片及元器件介绍3

d／a转换器。

“看门狗”硬件电路。

压控**器电路。

显示电路模块。

模拟开关频段选择模块。

2.3总原理图11

3. 软件设计12

3.1 程序流程图12

3.2 相关程序12

4. 设计体会16

参考文献15

用单片机实现的ttl电平频率**速）源及频率**速）计。

摘要：本文介绍了用单片机测量频率和作为频率源的测控系统。简述了系统的工作原理、硬件结构和软件设计。

关键词单片机 ttl电平压控振荡器上位机。

1 引言。在可对多个参数进行测控的智能化仪表中，往往要求对这些参量（如电压、电流、频率等）既可以输出作为校准信号，又可以测量。而智能仪表的特点，需要用简单的硬件电路，在要求精度和测量范围内完成参量的测控任务。

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，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

ttl电平是输出高电平》2.4v,输出低电平<0.4v。

在室温下，一般输出高电平是3.5v，输出低电平是0.2v。

最小输入高电平和低电平：输入高电平》=2.0v，输入低电平<=0.

8v，噪声容限是0.4v。ttl电路是电流控制器件 ttl电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

ttl门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：

1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

2）在门电路输入端串联10k电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由ttl门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。

所以可以用ttl电平设计一个用于频率计数的装置，它以单片机为核心，辅以简单的外围电路，构成ttl电平转速（频率）源及转速表（频率计）.

下面就系统的软、硬件作一介绍。

2 总体设计方案。

2.1系统组成。

效验仪。显示模块。

模拟开关频段选择模块组成。

校验仪由主控部分与各功能部分（电压、电流、温度、压力、转速）组成。

转速部分由。

1) 89c51单片机、

2) 压控振荡器hcf4046；

3) 输出门74ls243；

4) 16位t型电阻构成的d/t及看门狗电路组成；

5) mpu晶振为18.432mhz。

硬件结构图如下。

2.2各芯片及元器件介绍：

d／a转换器。

大家知道，数字量是用**按数位组合起来表示的，对于有权码，每位**都有一定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的**按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字— 模拟转换。这就是组成d／a转换器的基本指导思想。

n 位d／a转换器的方框图如图10.1.1所示。

d／a转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入并存储于数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关将在电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路。求和电路将各位权值相加便得到与数字量对应的模拟量。

d／a转换器按解码网络结构不同分为t形电阻网络、倒t形电阻网络d／a转换器、权电流d／a转换器及权电阻网络d／a转换器等。按模拟电子开关电路的不同，d／a转换器又可分为cmos开关型和双极型开关d／a转换器。其中双极型开关d／a转换器又分为电流开关型和ecl电流开关型两种，在速度要求不高的情况可选用cmos开关型d／a转换器。

如要求较高的转换速度则应选用双极型电流开关d／a转换器或转换速度更高的ecl电流开关型d／a转换器。

倒t形电阻网络d/a转换器。

电路结构 t型电阻网络d/a转换器的原理图见下所示。由图中可以看出，解码网络电阻只有两种：即r和2r．且构成倒t型．故又称为r-2r0倒ｔ型电阻网络dac．其中s0～s3为模拟开关，r-2r0电阻解码网络呈倒t形，运算放大器a组成和电路。

11.2.2工作原理。

模拟开关si，由输入数码11.2.2工作原理。

模拟开关si，由输入数码di控制，当d=1时si接运算放大器反相端，电流ii流入求和电路；当di=0时，si则将电子根据运算放大器线性运用的“虚地”的概念可知，无论模拟开关si处于何种位置，与si相连的2r0电阻均将接 “地”（地或虚地）。余类推，这样，流经2r0电阻的电流与开关位置无关，为确定值。分析r-2r0电阻网络可以发现，从每个节点向左看的二端网络等效电阻均为r,流入每个2r0电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。

设基准电压源电压为vref,则总电流为i=vref/r,则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为i/2、i/4、i/8和i/16。

于是可得到各支路的总电流控制，当d=1时si接运算放大器反相端，电流ii流入求和电路；当d=0时，si则将电阻2r接地。根据运算放大器线性运用的“虚地”的概念可知，无论模拟开关si处于何种位置，与si相连的2r0电阻均将接 “地”（地或虚地）。余类推，这样，流经2r0电阻的电流与开关位置无关，为确定值。

分析r-2r0电阻网络可以发现，从每个节点向左看的二端网络等效电阻均为r,流入每个2r0电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。设基准电压源电压为vref,则总电流为i=vref/r,则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为i/2、i/4、i/8和i/16。

于是可得到各支路的总电流。

输出电压为：

上式表明，对于在图11.2.1电路中输入的每一个二进制数，均能在其输出端得到与之成正比的模拟电压。

将输入数字量扩展到位到倒t型电阻网络d/a转换器输出模拟量与输入数字量之间的一般关系式。

若将式中用k表示，中括号内的n位二进制数用表示，则上式可改写为。

式中表明，对于在途中电路中输入的，每一个二进制数均能在其输出端得到与之成正比的模拟电压。

通过以上分析看到，要使d/a转换器具有较高的精度，对电路中的参数有以下要求：（1）基准电压稳定性好；（2）倒 t形电阻网络中r和2r电阻比值得精度要高；（3）没给模拟开关的开关电压降要相等。为实现电流从高位到底为按2的整数倍递减，模拟开关的道统电阻也相应地按2的整数倍递增。

d/a转换器的主要技术指标。

1．转换精度。

n位d/a转换器的分辨率为：1/-1 。它表示d/a转换器在理论上可以达到的精度。

2．转换速度。

“看门狗”硬件电路简述。

看门狗(watchdog)电路是嵌入式系统需要的抗干扰措施之一。本文用x2045芯片设计了一种新的看门狗电路，具有体积小、占用i/o口线少和编程方便的特点，可广泛应用于仪器仪表和各种工控系统中。

工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗(watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。在8096系列单片机和增强型8051系列单片机中，该系统已经做在芯片内部，用户只要用软件开放它就可以，使用很方便。

但目前工控系统仍在使用廉价的普通型8051单片机，则看门狗电路必须由用户自己建立。

看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。

x25045芯片简介

x25045是美国xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将eeprom、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。x25045引脚如图1所示。

其引脚功能如下。

cs：片选择输入；

so：串行输出，数据由此引脚逐位输出；

si：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入x25045；

sck：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；

wp：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；

vss：地；

vcc：电源电压；

reset：复位输出。

x25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表1所示。

x25045硬件连接图如图2所示。x25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则x25045将从reset输出一个高电平信号，经过微分电路c2、r3输出一个正脉冲，使cpu复位。

图2电路中，cpu的复位信号共有3 个：上电复位(c1、r2)，人工复位(s、r1、r2)和watchdog复位(c2、r3)，通过或门综合后加到reset端。c2、r3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时cpu的振荡器已经在工作。

图2 x25045看门狗电路硬件连接图

看门狗定时器的预置时间是通过x25045的状态寄存器的相应位来设定的。如表2所示，x25045状态寄存器共有6位有含义，其中wd1、wd0和看门狗电路有关，其余位和eeprom的工作设置有关。

表2 x25045状态寄存器

wd1＝0，wd0=0，预置时间为1.4s。

wd1＝0，wd0=1，预置时间为0.6s。

wd1＝1，wd0=0，预置时间为0.2s。

wd1＝1，wd0=1，禁止看门狗工作。

看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。

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