大功率脉冲发生器的设计

摘 要传统的金属热处理将金属器件放到一定的介质中加热到适宜的温度。热处理不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微结构，或改变工件表面的化学成分， 赋予或改善工件的使用性能。而本设计是在此基础上，利用电功率脉冲来加速其内部显微结构的变化，达到快速热处理的目的。实施方法就是通过函数发生器产生波形，将信号波送入功率放大器中进行放大，产生大功率脉冲，利用大功率脉冲对金属内部显微结构进行作用。在对输出波形的频率显示上，采用 89C51 为核心，通过译码器和移位寄存器同 单片机的相互连接，最后经数码管显示。关键词：ICL8038，单片机，功率放大器，译码器，移位寄存器 AbstractTraditional metal treatment of metal device will be heated in the medium to the appropriate temperature.And the design is based on this, then use the electrical energy to get a auxiliary heating.The manner of execution is it will generate a wave through the function generator,send the signal wave into power amplifier where the wave will be gotten power amplification.Then the high power pulse can be generated to heat metal.When talking about the display frequency of output waveform,we use 89C51 of MCU as the core,get the connection among the decoder,shift register and MCU and display the frenquency through the digitron.Key words：ICL8038,MCU,power amplifier,decoder,shift register目 录1 绪论 .11.1 设计意义 .11.2 设计中需要重点解决的问题 .22 设计分析与方案的确定 .22.1 设计方案 .22.2 方案对比及确定 .23 主要电路部分介绍 .33.1 单片函数发生器 ICL8038 .33.1.1 ICL8038 简介及管脚分布 .33.1.2 ICL8038 典型应用电路 .43.2 功率放大电路 .53.2.1 功放电路介绍 .53.2.2 功放电路方案比较及确定 .53.2.3 甲乙类互补对称功率放大 .64 波形频率显示及数字频率计 .84.1 频率计简介 .84.2 测频设计原理 .84.3 所用芯片介绍 .84.3.1 89C51 芯片介绍 .84.3.2 74LS164 .104.3.3 74LS145 .114.4 频率计电路 .124.4.1 单片机与 74 芯片连接方法 .124.4.2 显示译码单元 .124.4.3 数字显示单元 .124.4.4 硬件设计 .134.4.5 软件设计 .134.5 测量结果及误差分析 .144.5.1 测量结果 .144.5.2 误差分析 .145 电源模块 .155.1 整流滤波电路 .155.2 78 系列三端稳压器 .155.3 供电电源电路 .166 结束语 .16致谢 .17参考文献 .18附图： .191 绪论1.1 设计意义金 属 热 处 理 是 制 造 机 械 中 的 重 要 过 程 之 一 ，与 其 他 加 工 工 艺 相 比 ，热处 理 一 般 不 改 变 工 件 的 形 状 和 整 体 的 化 学 成 分 ，而 是 通 过 改 变 工 件 内 部 的细 小 结 构 ，或 改 变 工 件 表 面 的 化 学 成 分 ，赋 予 或 改 善 工 件 的 使 用 性 能 。其 特点 是 改 善 工 件 的 内 在 质 量 ，而 这 一 般 不 是 肉 眼 所 能 看 到 的 ，所 以 ，它 是 机 械制 造 中 的 特 殊 工 艺 过 程 ，也 是 质 量 管 理 的 重 要 环 节 。金 属 热 处 理 是 将 金 属 工 件 放 在 一 定 的 介 质 中 加 热 到 适 宜 的 温 度 ，并 在此 温 度 中 保 持 一 定 时 间 后 ，又 以 不 同 速 度 在 不 同 的 介 质 中 冷 却 ，通 过 改 变 金属 材 料 表 面 或 内 部 的 显 微 组 织 结 构 来 控 制 其 性 能 的 一 种 工 艺 。热 处 理 可 以大 幅 度 地 改 善 金 属 材 料 的 工 艺 性 能 和 使 用 性 能 。加 热 温 度 是 热 处 理 工 艺 的 重 要 参 数 之 一 ，选 择 和 控 制 加 热 温 度 ，是 保证 热 处 理 质 量 的 主 要 问 题 。加 热 温 度 随 被 处 理 的 金 属 材 料 和 热 处 理 目 的 不同 而 异 ，但 一 般 都 是 加 热 到 某 特 性 转 变 温 度 以 上 ，以 获 得 高 温 组 织 。另 外 转变 需 要 一 定 的 时 间 ，因 此 当 金 属 表 面 达 到 要 求 的 加 热 温 度 时 ，还 须 在 此 温 度保 持 一 段 时 间 ，使 内 外 温 度 一 致 ，使 显 微 组 织 转 变 完 全 。在 从 石 器 时 代 进 展 到 铜 器 时 代 和 铁 器 时 代 的 过 程 中 ，热 处 理 的 作 用 逐渐 为 人 们 所 认 识 。早 在 商 代 ，就 已 经 有 了 经 过 再 结 晶 退 火 的 金 箔 饰 物 。公 元前 770 前 222 年 ，中 国 人 在 生 产 实 践 中 就 已 发 现 ，铜 铁 的 性 能 会 因 温 度 和加 压 变 形 的 影 响 而 发 生 变 化 。公 元 前 六 世 纪 ，钢 铁 兵 器 逐 渐 被 采 用 ，为 了 提 高 钢 的 硬 度 ，淬 火 工 艺 遂得 到 迅 速 发 展 。中 国 河 北 省 易 县 燕 下 都 出 土 的 两 把 剑 和 一 把 戟 ，其 显 微 组 织中 都 有 马 氏 体 存 在 ，说 明 是 经 过 淬 火 的 。随 着 淬 火 技 术 的 发 展 ，人 们 逐 渐 发 现 淬 冷 剂 对 淬 火 质 量 的 影 响 。三 国 蜀人 蒲 元 曾 在 今 陕 西 斜 谷 为 诸 葛 亮 打 制 3000 把 刀 ，相 传 是 派 人 到 成 都 取 水 淬火 的 。这 说 明 中 国 在 古 代 就 注 意 到 不 同 水 质 的 冷 却 能 力 了 ，同 时 也 注 意 了 油和 尿 的 冷 却 能 力 。中 国 出 土 的 (公 元 前 206 公 元 24)中 山 靖 王 墓 中 的 宝 剑 ,心 部 含 碳 量 为 0.15 0.4%，而 表 面 含 碳 量 却 达 0.6%以 上 ，说 明 已 应 用 了 渗碳 工 艺 。但 当 时 作 为 个 人 “手 艺 ”的 秘 密 ，不 肯 外 传 ，因 而 发 展 很 慢 。1863 年 ，英 国 金 相 学 家 和 地 质 学 家 展 示 了 钢 铁 在 显 微 镜 下 的 六 种 不 同的 金 相 组 织 ，证 明 了 钢 在 加 热 和 冷 却 时 ，内 部 会 发 生 组 织 改 变 ，钢 中 高 温 时的 相 在 急 冷 时 转 变 为 一 种 较 硬 的 相 。法 国 人 奥 斯 蒙 德 确 立 的 铁 的 同 素 异 构理 论 ，以 及 英 国 人 奥 斯 汀 最 早 制 定 的 铁 碳 相 图 ，为 现 代 热 处 理 工 艺 初 步 奠 定了 理 论 基 础 。与 此 同 时 ，人 们 还 研 究 了 在 金 属 热 处 理 的 加 热 过 程 中 对 金 属 的保 护 方 法 ，以 避 免 加 热 过 程 中 金 属 的 氧 化 和 脱 碳 等 。1850 1880 年 ，对 于 应 用 各 种 气 体 (诸 如 氢 气 、煤 气 、一 氧 化 碳 等 )进 行保 护 加 热 曾 有 一 系 列 专 利 。1889 1890 年 英 国 人 莱 克 获 得 多 种 金 属 光 亮 热处 理 的 专 利 。二 十 世 纪 以 来 ，金 属 物 理 的 发 展 和 其 他 新 技 术 的 移 植 应 用 ，使 其 得 到 更大 发 展 。一 个 显 著 的 进 展 是 1901 1925 年 ，在 工 业 生 产 中 应 用 转 筒 炉 进 行气 体 渗 碳 ；30 年 代 出 现 露 点 电 位 差 计 ,使 炉 内 气 氛 的 碳 势 达 到 可 控 ，以 后 又研 究 出 用 二 氧 化 碳 红 外 仪 、氧 探 头 等 进 一 步 控 制 炉 内 气 氛 碳 势 的 方 法 ；60年 代 ，热 处 理 技 术 运 用 了 等 离 子 场 的 作 用 ，发 展 了 离 子 渗 氮 、渗 碳 工 艺 ；激光 、电 子 束 技 术 的 应 用 ，又 使 金 属 获 得 了 新 的 表 面 热 处 理 和 化 学 热 处 理 方 法。本 设 计 主 要 是 对 金 属 在 采 用 传 统 的 热 处 理 基 础 上 ，利 用 脉 冲 辅 助 加 速其 内 部 显 微 组 织 的 改 变 。传 统 的 金 属 热 处 理 主 要 是 进 行 物 理 方 面 的 热 处 理 ，即 将 金 属 器 件 直 接 放 到 加 热 炉 中 通 过 高 温 来 改 变 金 属 器 件 的 内 部 显 微 结 构。而 本 次 设 计 是 在 传 统 热 处 理 的 基 础 上 利 用 电 气 方 面 产 生 的 大 功 率 脉 冲 作为 辅 助 热 处 理 设 备 ，也 就 是 通 过 产 生 大 的 功 率 脉 冲 加 至 金 属 器 件 上 进 行 电气 热 处 理 。1.2 设计中需要重点解决的问题本设计应当着重解决的问题有：（1）怎样能输出不失真的函数波形（2）如何将函数波形进行一次放大后接至功率放大电路（3）函数发生器频率和波形显示问题（4）如何提高功率值的问题2 设计分析与方案的确定2.1 设计方案方案一，电流法。采用集成函数发生器 ICL8038 产生正弦波、三角波和方波，且输出频率从 20-50HZ 任意可调；然后将输出接至功率放大电路进行功率放大，产生大功率，最后将金属器件接入电路形成闭合回路，达到改变金属器件内部显微结构的目的。方案二，电压法。采用集成函数发生器 ICL8038 产生正弦波、三角波和方波，且输出频率从 20-50HZ 任意可调；然后将输出接至功率放大电路进行功率放大，产生大功率，然后引出两根线分别接至两块金属板，将金属器件放在两块金属板之间，利用电场对金属器件内部显微结构进行改变。2.2 方案对比及确定由于金属器件是良导体，其电阻阻值很小。 在 采 用 电 流 方 案 时 ，在 由 功 率放 大 直 接 接 至 金 属 导 体 时 ，会 产 生 很 大 的 电 流 ，继 而 会 产 生 很 大 的 功 率 。这样 的 功 率 是 很 大 的 ，一 般 的 功 放 达 不 到 这 种 功 率 。但 是 如 果 采 用 甲 乙 类 功 率放 大 ，可 以 用 多 次 放 大 来 提 升 功 率 。而 如 果 产 用 电 压 方 案 时 ，可 以 避 免 产 生大 电 流 ，直 接 将 引 线 与 两 块 隔 开 的 金 属 板 接 触 ，将 金 属 器 件 放 在 两 板 之 间 ，利 用 电 场 作 用 来 改 变 金 属 器 件 内 部 结 构 。本 设 计 采 用 第 一 种 方 案 即 电 流 方案 。总 体 设 计 框 图 如 图 1 所 示 。函数发生模块 功率放大模块单片机控制 频率显示模块热处理金属器件图 1 总体结构框图3 主要电路部分介绍3.1 单片函数发生器 ICL80383.1.1 ICL8038 简介及管脚分布ICL8038 是可同时输出三角波、方波和正弦波的单片集成压控波形发生器，内部方框图如图 2 所示。它由两个电流源、两个 电压比较器、一个触 发器、一个方波输出缓冲器（缓冲 II）、一个三角波输出缓冲器（缓冲 I）和一个正弦波变换电路组成。在 8038 中，开关 K1 用内部触发器控制，用于切换电流，向定式电容 CT充电，此电流为恒流源。Q RSK1CT12I1I2Vcc2I1图 2 ICL8038 内部原理框图在 K1 为关时，恒流源 I1 向电容注入电流 I1,电容电压随充电时间直线增加；当电容两端电压达到电源电压的 2/3 时，比较器 1 置位触发器使 K1 变为开，电容 CT 上的电荷经恒流源 I2 被恒值释放，此时电容上的电压直线下降，当达到电源电压的 1/3 时，比较器 2 置位触发器使 K1 为关，电路又回到初态，反复 进行上述动作就可以得到振幅为 1/3 电源电压的三角波。同理，通过触发器翻转也可以得到方波。ICL8038 的管脚排列如下图图 3 所示：1234567 891011121314ICL8038图 3 ICL 芯片管脚排列3.1.2 ICL8038 典型应用电路图 4 为 ICL8038 的典型应用电路，该电路可产生 10HZ-100KHZ 可变频率的方波、三角波、正弦波三种标准的常用波形， 8038 用外接的 RC 网络就可以实现频率的选择，频率与工作电 源的电压无关，而决定于芯片管脚 8 的偏压及 R1、R2和 CT 的参数。下图中电阻 R1 决定恒流电流 I1,电 阻 R2 决定恒流电流 I2。R4R2R3R5R6R1VR1VR2VR4VR3VR6VR5VR7C1C2C3S2C4C5S1C63 C7246139412 28 511101ICL8038 LF356+12V-12V32 61 574T11K4.7K27K 0.470.047 0.0047470PF100K10K 100K10K 10K270uf22K4.7K 4.7K1K0.110K 270UF图 4 ICL8038 应用电路图中的各种电位器的作用说明如下：VR1 为输出波形最小 频率设置电位器，VR2 为频 率调节电位器， VR3 为输出波形最大频率 设置电位器， VR4 为对称度调节电位器，VR5、VR6 为正弦波的幅值调节电位器，VR7 为输出波形的电平调节电位器；8 脚端与电源正极并接一只小电容 C6，用来消除电路产生的噪声，从而保证输出波形质量。S1 为频率范围调节转换开关，将电路输出的波形的频率分为四档，以提高输出波形频率的精度。 S2 为输出波形选择开关：接“1”为方波，接“2”为三角波，接“3”为正弦波，通过 S1 可选择一种需要的波形送入高速放大器 IC2(LF356)进行放大后输出。3.2 功率放大电路3.2.1 功放电路介绍功率放大电路主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号下工作，只能用图解法 进行分析，而不能用微 变 等效电路法。它所存在的 问题有：1） 要求输出功率尽可能大 为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此器件往往在接近极限运用状态下工作。 2） 效率更高 由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大， 这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。3） 非线性失真要小 功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使得输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。 4） 功率器件的散热问题 在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允 许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热成为一个重要的问题。3.2.2 功放电路方案比较及确定功率放大电路根据放大器中三极管静态工作点设置的不同主要分为甲类放大、乙类 放大和甲乙类放大。方案 1甲类放大：在电压放大电路中，输入信号在整个周期内都有电流流过放大器件。甲类 放大器的工作点设 置在放大区的中间， 处于 线性放大状态。 这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真较小；缺点是三极管有较大的静态电流 Icq，静态功耗较大， 电路能量转换效率低，最高只能达到 50%。方案 2乙类放大：在电压放大电路中，输入信号在半个周期内有电流流过放大器件。乙类放大器的工作点设置在截止区，这时，由于三极管的静态电流 Icq=0，所以能量转换效率高；缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真大。现在要想使得输出波形都能加到负载上，必须有乙类双电源互补对称功率放大电路，其图如图 5 所示。两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极 输入，从射极输出，Rl 为负载。当信号处于正半周时，T2 截止，T1 承担放大任务；当信号处于负半周时，T1 截止，由 T2 承担放大任务。但是，由于没有施加偏执电压，静态工作点设置在零点，Ubeq=0，Ibq=0，Icq=0，三极管工作在截止区。由于三极管存在死区电压，当输入信号小于死区电压时，三极管 T1 和 T2 仍然不导通，输出电压 Uo=0，这样在输入信号正、 负半周的交界处，无输出信号，使输出波形失真，产生交越失真。T1T2 Rl+Vcc-Vcc+_Vi +Vo_ilIc1Ic2图 5 乙类双电源互补对称功率放大电路为了解决交越失真，可给三极管加适当的基极偏执电压，使之工作在甲乙类工作状态。方案 3甲乙类放大:甲乙类放大电路的工作点设在放大区但是靠近截止区，即三极管处于微导通状态，这样可以有效地克服乙类放大电路的失真问题；静态功耗较低，且能量转换效率较高。下图图 6 是 Q 点对功率放大电路工作状态的影响：图 6 Q 点对功放影响基于以上的比较选择，甲乙类功率放大比较合适。因为它可以有效克服乙类放大电路的失真问题，同时 能量转换的效率也较高。3.2.3 甲乙类互补对称功率放大利用图 7 所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。有图可见，T11 组成前置放大级，T1 和 T2、T3 和 T4、T5 和 T6、T7 和 T8 等每一组组成互补输出级。静态时，在 D1、D2 上产生的 压降为 T1、T2、T3、T4 等提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态。由于 电路对称，静 态时 ic1=ic2，ic3=ic4，ic5=ic6，ic7=ic8等，il=0 ，Vo=0。而有信号 时，由于 电路工作在甲乙类，即使 Vi 很小（D1 、D2 的交流电阻也小），基本上可线 性地进行放大。+VccRe11Rc11R13 R15R16 R18 R110R24 R210R21R11 R17 R19R12 R14R22 R26 R28R23 R25 R27 R29T1 T3 T5 T7 T9T11T2 T4 T10T8T6D1D2RL +V0-VccVi161K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K 1K 1K 1K 1K1K 1K 1K 1K 1K1.1K1.1K图 7 甲乙类功率放大 上述偏置方法的缺点是，其偏置电压不易调整。而在图 8 中， 为了更好的得到放大的功率放大，在前段装设了差动输入级电路，由两个完全对称的单管放大器组合而成。该差动电路因能有效地抑制输出端的零点漂移而成为功率放大电路的输入门户。从前级送来信号的输入插座找起，通过一个电容和电阻所连接的三极管就是差动输入级，相邻的同型号管子就是差动电路的另一半。有的设计为了克服电源波动对电路的影响，会在差分放大器的发射极增加恒流源。有的在集电极增加镜流源，以保证差动两管静态电流的一致性。Re11R1R11R16 R110R26R24R18R28R22 R210R21 R23 R25R14R12R19R17R15R13Rc11R2T12T11T1 T3 T5 T7 T9T2 T4 T6 T8 T10R27RLR29R5+V0-40V+40VViT13R6CR8T14R3 R4R9 R71K 1K 1.1K6806801.1K1K1K1K10K1K1K 1K 1K 1K 1K1K1K1K1K1K 1K 1K 1K1K1K161K1K1K1K1K470UF图 8 甲乙类功率放大流入 T12 的基极电流远小于流过 R1、R2 的电流，则由图可求出Vce12=Vbe12（R1+R2）/R2,因此，利用 T12 管的 Vbe12 基本为一固定值（硅管约为 0.6-0.7V），只要适当调节 R1、R2 的比值，就可以改变 T1、T2、T3、T4 等的偏压值。所以我们选择图 8 电 路做为功率放大电路。输入4 波形频率显示及数字频率计4.1 频率计简介在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与 许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率计在教学、科研、 测量仪器、工业控制等方面都有较广泛的应用。数字频率计是计算机、通讯设备、音 频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是 测量正弦信号、方波信号及其他各种单位时间变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测 量迅速，精确度高， 显示直观， 经常要用到频率计。测量频率的方法有多种，其中电子计数测量频率具有精度高、使用方便、 测量迅速，以及便于实现测量自 动化等优点，是 频率测 量的重要手段之一。 该频率计采用计数的方法，以单片机 为核心控制，充分利用其软硬件资源， 设计并制作了频率计的计数、显示部分。4.2 测频设计原理频率计设计原理方框图如图 9 所示。被测输入信号通过脉冲形成电路进行放脉冲形成电路 单片机 LED 显示电路图 9 频率计原理方框图大与整形（可由放大器和门电路组成），然后送到单片机入口，单片机计数脉冲的输入个数，计数结果经 LED 数码管显示，从而得到被测信号频率。4.3 所用芯片介绍 4.3.1 89C51 芯片介绍89C51 是一种高性能低功耗的采用 CMOS 工艺制造的 8 位微控制器，它提供下列标准特征：4K 字节的程序存储器，128 字节 的 RAM,32 条 I/O 线，2 个 16位定时器/计数器，一个 5 中断源两个优先级的中断 结构，一个双工串行口，片上振荡器和时钟电路。其芯片管脚排列如图 10 所示，引脚说明如下：.Vcc：电源电压.GND：接地.P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向口 I/O 口，作为输出口用时，每位能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。当对 0 端口写入 1 时 ，可以作为高阻抗输入端使用。当 P0 口访问 外部程序存储 器或数据存储器时，它 还可以设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0 口具有内部上拉电阻。在 EPROM 编程时， P0 口接受指令字节，同时输出指令字 节在程序校检时。程序校检时需要外接上拉电阻。.P1 口：P1 是一个带有内部上拉 电阻的 8 位双向 I/O 端口。P1 的输出缓冲器可驱动 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉 电阻把端口拉到高电位，这时 可作为输入口。P1 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P0.7 32XTAL218 XTAL119GND20RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78Vcc 40P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33EA/Vpp 31ALE/PROG 30PSEN 29P2.7 28P2.6 27P2.5 26P2.4 25P2.3 24P2.0 21TXD11RST9 RXD10P2.2 23P2.1 2289C518051 图 10 单片机管脚排列在对 FLASH ROM 编程和程序校检时，P1 接收低 8 位地址。.P2 口：P2 口是一个带有内部上拉 电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可驱动 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉 电阻把端口拉到高电位，这时 可用作输入口。P2 作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器时，P2 送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口引脚上的内容，在整个访问 期间不会改变。在对 FLASH ROM 编程和程序校检期间，P2 也接收高位地址和一些控制信号。.P3 口：P3 是一个带内部上拉 电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 的输出缓冲器可驱动 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉 电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3 作 输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在 89C51 中，P3 口还用于一些复用功能。其复用功能如表 1 所列。.RST(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高 电平有效。当次输入端保持两个机器周期（24 个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。.ALE：当访问 外部存储器 时，地址锁存允许是一输 出脉冲，用以锁存地址的低 8 位字节。当在 FLASH 编程时开可以作为编程脉冲数出。一般情况下，ALE是以晶振频率的 1/6 输出，可以用作外部 时钟或定 时目的。但也要注意，每当 访问外部存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。.PSEN：程序存储允许输出信号端。当由片外程序存储器取指令时，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间内，每当 访问外部数据存 储器时，这两次有效地 PSEN 信号将不出现。.EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端。当 EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内 FLASH ROM 并执行内部程序存储器中的指令；但当 PC 的值超过0FFFH 时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号 EA 引脚接低电平时， CPU 只访问片外 ROM 并执行片外程序存 储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。需要注意的是，如果保密位 LB1 被编程，则复位时在内部会锁存 EA 端的状 态。表 1 P3 各端口引脚与复用功能表端口引脚 复用功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD（串行 输出口）P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 WR(外部数据存 储器写选 通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通).XTAL2：接外部晶体和微调电容的一端。.XTAL1：接外部晶体和微调电容的另一端。4.3.2 74LS164 74LS164 是 8 位移位寄存器（串行输入，并行 输出），其主要 电特性的典型值是 fm=36MHZ,Pn=80mW，电源电压 7V,输入电压 5.5V。当清除端（ MR）为低电平时，输出端（Q0-Q7）均为低电平。串行数据 输入端（ A,B）可控制数据。当 A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在 时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下 Q0为低电平。当 A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。其管脚排列如下 图图 11 所示。引出端符号CLOCK 时钟输入端MR 同步清除 输入端（低电平有效）A,B 串行数据输入端Q0-Q7 输出端A1B2Q0 3Q1 4Q2 5Q3 6Q4 10Q5 11Q6 12Q7 13CLK8MR974ALS164图 11 74LS164 芯片管脚排列真值表如表 2 所示：表 2 真值表Inputs OutputsMR CLK A B Q0 Q1 Q7L X X X L L LH L X X Q10 Q20 Q70H H H H Q1n Q7nH L X L Q1n Q7nH X L L Q1n Q7n注：H高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 Q10-Q70规定的稳态条件建立前的电平Q1n-Q7n时钟最近的 前的电平4.3.3 74LS145数字电路芯片 74LS145 是 8421BCD 码十进制译码 器，其输出级是集电极开路的 4 输入与非门，内部 逻辑电路图和对应的功能表分别如图图 12 和表 3 所示。图 12 内部逻辑图从逻辑图中，可知该译码器芯片是由 8 个反相器和 10 个集电极开路的 4 输入与非门组成。74LS145 输 出级 10 个 OC 门的每个高击穿输出晶体管可吸收高达 80mA 的电流，故可用来直接驱动 LED 灯和继电 器。其管脚排列如图图 13 所示。管脚说明：P015P114P213P312Q0 1Q1 2Q2 3Q3 4Q4 5Q5 6Q6 7Q7 9Q8 10Q9 1174LS145图 13 74LS145 芯片管脚排列P0,P1,P2,P3 BCD 输入Q0Q9 输出16 管脚 Vcc8 管脚 GND表 3 真值表4.4 频率计电路4.4.1 单片机与 74 芯片连接方法P1.0 口与寄存器 74LS164 的 A、B 端口连接，串行输出待显示的数据。P1.1口接移位寄存器 74LS164 的 CLK，输出时钟信号。 P1.5、P1.6、P1.7 口分别与译码器 74LS145 的 P0、P1、P2 端口连接，输出位控制信号。P3.5 口输入脉冲信号。XTAL1 与 XTAL2 管脚接两个 30pF 的电容和 12MHZ 的晶振构成时钟电路。RST 管脚接 1K，10K 电阻，20 F 电 容 及 复 位 开 关 构 成 开 关 复 位 电 路 。4.4.2 显示译码单元显 示 部 分 采 用 译 码 器 74LS145 与 移 位 寄 存 器 74LS164。4.4.3 数字显示单元 LED 显 示 电 路 采 用 动 态 显 示 方 式 。显 示 时 将 所 有 位 的 段 选 线 相 应 的 并联 一 起 ，由 一 个 8 位 I/O 口 控 制 ，形 成 段 选 线 的 多 路 复 用 。译 码 器 74LS145是 位 选 部 分 ，移 位 寄 存 器 74LS164 是 段 选 部 分 。由 于 各 位 的 段 选 线 并 联 ，段选 码 的 输 出 对 各 位 来 说 都 是 相 同 的 。同 一 时 刻 ，如 果 各 位 选 线 都 处 于 选 通 状态 的 话 ，六 位 的 LED 将 显 示 相 同 的 字 符 。要 各 位 LED 能 够 显 示 出 与 本 位 相应 的 显 示 字 符 ，就 须 采 用 扫 描 显 示 方 式 。即 在 同 一 时 刻 ，只 让 某 一 位 的 位 选线 处 于 选 通 状 态 ，而 其 他 各 位 的 位 选 线 处 于 关 闭 状 态 ，同 时 ，段 选 线 上 输 出相 应 位 要 显 示 字 型 码 ，这 样 同 一 时 刻 ，六 位 LED 中 只 有 选 通 的 那 一 位 显 示出 字 符 ，而 其 他 五 位 则 是 熄 灭 的 。而 在 下 一 时 刻 ，只 让 下 一 位 的 位 选 线 处 于选 通 状 态 ，而 其 他 各 位 的 位 选 线 处 于 关 闭 状 态 ，在 段 选 线 上 输 出 相 应 位 将 要显 示 字 符 的 字 符 码 。这 样 循 环 下 去 ，就 可 以 使 各 位 显 示 出 将 要 显 示 的 字 符 ，虽 然 这 些 字 符是 在 不 同 时 刻 出 现 的 ，而 且 同 一 时 刻 ，只 有 一 位 显 示 ，其 他 各 位 熄 灭 ，但 由于 人 眼 有 视 觉 残 留 现 象 ，只 要 每 位 显 示 间 隔 足 够 短 ，则 可 造 成 多 位 同 时 亮 的效 果 。4.4.4 硬件设计电路原理图如图 14 所示。以单片机 89C51 为核心，有 译码器 74LS145 和移P015P114P213P312Q01Q12Q23Q34Q45Q56Q67Q79Q810Q91174LS145EA/VP 31XTAL119 XTAL218RESET9RD17 WR16INT012 INT113 T014T115P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.223P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.728PSEN 29ALE/P 30TXD11RXD10GND20Vc 4089C51VCC30pF30pF 246MHz+1K1K22uFVCCA1 B2 Q0 3Q1 4Q2 5Q3 6Q4 10Q5 11Q6 12Q7 13CLK8 MR974LS164a bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGNDD01D12D23D34D45D56D67D78D01VCCD1217Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q720Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q719Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q718Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q716Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q721Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D5D6D7图 14 频率计原理图位寄存器 74LS164 实现串行输出显示，其中 74LS164 输出段选信号， 74LS145 输出位选信号。电路实现的关键是设法取得准确的一秒定时，并让计数器只计数一