电科本1001+基于单片机的频率计设计(3)

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3.3.1 74HC14施密特触发器介绍

74HC14是一个6路施密特触发反相器，它能够把原本是缓慢变化的输入信号转换为清晰、无抖动的输出信号。施密特触发器具有电压滞后性，经常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变的陡直[7]。如图3.5所示。

图3.5 用施密特触发器实现波形变换

如图3.6所示：A端为输入端，Y端为输出端，该芯片一共6路，即 1，3，5，9，11，13 为６输入端，2，4，6，8，10，12 为６输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平，那么输出为低电平。如果输入端为低电平，输出为高电平。利用74HC14可将三角波、正弦波、锯齿波等复杂变化的信号变成规整的矩形波信号。

图3.6 74HC14管脚图

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3.3.2 整形电路

整形电路是把那些不是矩形波的待测信号处理成矩形波信号，方便检测。整形模块采用74HC14完成了三次施密特触发并反相[8]。

图3.7 整形电路

从图3.7可以看出，待测信号经过放大以后，从74HC14的1脚进入，经过1A→1Y、2A→2Y和3A→3Y三次施密特触发并反相最终将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的信号从6脚输出。

通过Proteus软件仿真74HC14的整形功能，我们可以通过软件观察到有信号输入时74HC14的1脚、2脚、4脚和6脚上的波形仿真。结果如图3.8所示:

3.4 分频模块

图3.8 输入正弦波通过74HC14转换为矩形波

本设计预期要达到的效果是能够测量0至20MHz频率范围的信号，由于量程范围较

大，单片机不能直接进行测量处理，为了达到预期的设计要求和提高测量精度，这里采用74HC390作为分频芯片对单片机难以直接处理运算的信号进行分频处理。

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3.4.1 74HC390介绍

74HC390是一个双二-五进制计数器。这个芯片内部有8个主从触发器与附加门，能够构成两个独立的四位计数器，能够实现等于二分频、五分频乃至任何累加倍数的周期长度。当连接成二—五进制计数器时，能够用单独的二分频电路在最后输出级形成对称的矩形波。每个计数器都有一个清除输入和一个时钟输入。因为每一个计数级都含有并行输出，所以通过不同的连接方法最终我们可以获得输入计数频率的任何因子[9]。它的其单个计数器功能如下图3.9所示：

图3.9 74HC390单个计数器功能图

从图3.9能够看出，如果从nCP0输入频率为f的时钟信号，则会在nQ0得到频率为f/2的信号；若从nCP1输入频率为f的时钟信号，则会在nQ3处输出频率为f/5的脉冲信号。若从nCP1输入时钟信号，则会在nQ1、nQ2、nQ3得到按表3-3变化的组合信号，从表3.3中可以看出。

表3.3 时钟信号从nCP1输入时Q1:Q2:Q3真值表

输出 输入脉冲数 0 1 2 3 4 Q1 L H L H L Q2 L L H H L Q3 L L L L H 9

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3.4.2 分频电路

图3.10 74HC390的分频电路

由于单片机可操作频率有限，若输入信号频率过大则单片机无法成功实现脉冲计数，因此需要使用74HC390进行分频，这里采用100分频。具体为200KHz以上信号采取100分频后再检测，200KHz或以下信号则检测未经100分频的原始信号。进行如图3.10所示的连线方法，1CP1--1Q3→2CP1--2Q3→1CP0--1Q0→2CP0--2Q0，其中“→”代表芯片外部电气连接，“--”代表芯片内部功能连接，从而得到5×5×2×2=100分频，即若从1CP1输入一个频率为f的信号，则会从2Q0输出一个频率为f/100的分频信号。 3.5 显示模块设计

3.5.1 1602字符型LCD简介

字符型液晶显示屏即一种专门用于显示数字、字母、符号的点阵式液晶显示屏。在此简单的介绍一下本设计所采用的1602液晶显示屏的使用方法。

1602液晶显示屏的管脚功能： 第1脚：GND接地。 第2脚：VDD接正5V电源。

第3脚：VO这个端口是用来控制调节液晶屏的对比度，接+5V时对比度是最低的，接地时对比度最高，对比度不合适的话会出现显示模糊很直无法显示的现象，这里我使用10K的可调电阻来调节液晶屏的对比度。

第4脚：RS为寄存器的选择端口，高电平的时候选择数据寄存器，低电平的时候选择指令寄存器。

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第5脚：R/W是读和写的信号控制端，高电平的时候是进行读操作，低电平的时候是进行写操作。就在RS和R/W同时是低电平的时候能偶写入指令或显示地址，在RS低R/W高的时候能够读忙信，在RS是高电平R/W时低电平的时候能够写。

第6脚：E端是使能信号线，在E端从高电平变化为低电平的候，液晶模块执行命令。 第7～14脚：DB0～DB7是八位双向的数据线。 第15脚：BL1是背光源的正极。 第16脚：BL2是背光源的负极[10]。 实物如下图3.11所示：

图3.11 LCD1602显示屏实物图

1602液晶显示器是缓慢显示器件，因此在执行每一条命令前必须要先保证器件的忙标志位是低电平状态（表示不忙），不然的话这条指令便是无效的。需要显示字符的时候需要先输入显示字符的地址，就是告诉模块要在哪里显示字符，图3.12为1602的内部显示地址图。

图3.12 1602液晶的内部显示地址

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