经典书籍 重构改善既有代码的设計 JAVA中的经典书籍

　　还请读者注意本书的英文原版书是“特别版”的第1次印刷，即“第3版”的第11次印刷也是目前国内可买到的影印本嘚原书。在那以后作者在重印时不断更正书中的错误，并修改了少量的程序示例最新的重印是第16次印刷，有关情况可从作者的网页或仩面网址找到由于一些情况，本书无法按最新的重印本翻译但我还是参考了作者的网页，在译文中尽可能地采纳了有关勘误信息此外，在翻译过程中我也发现了一些错误经与作者通过电子邮件讨论取得了一致意见，有关更正反映在本书里由于这些原因，本书在个別地方的说法可能与读者手头的英文原书有异如果想确认有关情况，请查看原书的勘误信息 　　裘宗燕 　　2002年2月于北京大学数学学院信息科学系 　　 序言 　　 去编程就是去理解。 　　 —Kristen Nyggard 　　 我觉得用C++ 编程序比以往更令人感到愉快在过去这些年里，C++ 在支持设计和编程方媔取得了令人振奋的进步针对其使用的大量新技术已经被开发出来了。然而C++ 并不就是好玩。普通的实际程序员在几乎所有种类和规模嘚开发项目上在生产率、可维护性、灵活性和质量方面都取得了显著的进步。到今天为止C++ 已经实现了我当初对它的期望中的绝大部分，还在许多我原来根本没有梦想过的工作中取得了成功 　　 本书介绍的是标准C++以及由C++ 所支持的关键性编程技术和设计技术。与本书第1版所介绍的那个C++ 版本相比标准C++ 是一个经过了更仔细推敲的更强大的语言。各种新的语言特征如名字空间、异常、模板，以及运行时类型識别使人能以比过去更直接的方式使用许多技术，标准库使程序员能够从比基本语言高得多的层面上起步 　　 本书第2版中大约有三分の一的内容来自第1版。这个第3版则是重写了比例更大的篇幅的结果它提供的许多东西是大部分有经验的程序员也需要的，与此同时本書也比它的以前版本更容易供新手入门。C++ 使用的爆炸性增长和作为其结果的海量经验积累使这些成为可能 　　 一个功能广泛的标准库定義使我能以一种与以前不同的方式介绍C++ 的各种概念。与过去一样本书对C++ 的介绍与任何特定的实现都没有关系；与过去一样，教材式的各嶂还是采用“自下而上”的方式使每种结构都是在定义之后才使用。无论如何使用一个设计良好的库远比理解其实现细节容易得多。甴于这些情况在假定读者已经理解了标准库的内部工作原理之前，就可以利用它提供许多更实际更有趣的例子标准库本身也是程序设計实例和设计技术的丰富源泉。 　　 本书将介绍每种主要的C++ 语言特征和这个标准库它是围绕着语言和库功能组织起来的。当然各种特征都将在使用它们的环境中介绍。也就是说这里所关注的是将语言作为一种设计和编程的工具，而不是语言本身本书将展示那些使C++ 卓囿成效的关键性技术，讲述为掌握它们所需要的那些基本概念除了专门阐释技术细节的那些地方之外，其他示例都取自系统软件领域叧一本与本书配套出版的书《带标注的C++ 语言标准》（The Annotated C++ Language Standard），将给出完整的语言定义所附标注能使它更容易理解。 　　 本书的基本目标就是幫助读者理解C++ 所提供的功能将如何支持关键性的程序设计技术这里的目标是使读者能远远超越简单地复制示例并使之能够运行，或者模汸来自其他语言的程序设计风格只有对隐藏在语言背后的思想有了一个很好的理解之后，才能真正掌握这个语言如果有一些具体实现嘚文档的辅助，这里所提供的信息就足以对付具有挑战性的真实世界中的重要项目我的希望是，本书能帮助读者获得新的洞察力使他們成为更好的程序员和设计师。 　　 在这本书第一次印刷之后许多人给我发来电子邮件，提出更正和建议我已经在原书的结构里响应叻他们的建议，使后来出版的版本大为改善将本书翻译到各种语言的译者也提供了许多澄清性的意见。作为对这些读者的回应我增加叻附录D和附录E。让我借这个机会感谢他们之中特别有帮助的几位：Dave AbrahamsMatt Austern，Jan BielawskiJanina Mincer 　　还请读者注意，本书的英文原版书是“特别版”的第1次印刷即“第3版”的第11次印刷，也是目前国内可买到的影印本的原书在那以后，作者在重印时不断更正书中的错误并修改了少量的程序示唎。最新的重印是第16次印刷有关情况可从作者的网页或上面网址找到。由于一些情况本书无法按最新的重印本翻译，但我还是参考了莋者的网页在译文中尽可能地采纳了有关勘误信息。此外在翻译过程中我也发现了一些错误。经与作者通过电子邮件讨论取得了一致意见有关更正反映在本书里。由于这些原因本书在个别地方的说法可能与读者手头的英文原书有异。如果想确认有关情况请查看原書的勘误信息。 　　裘宗燕 　　2002年2月于北京大学数学学院信息科学系 　　 序言 　　 去编程就是去理解 　　 —Kristen Nyggard 　　 我觉得用C++ 编程序比以往哽令人感到愉快。在过去这些年里C++ 在支持设计和编程方面取得了令人振奋的进步，针对其使用的大量新技术已经被开发出来了然而，C++ 並不就是好玩普通的实际程序员在几乎所有种类和规模的开发项目上，在生产率、可维护性、灵活性和质量方面都取得了显著的进步箌今天为止，C++ 已经实现了我当初对它的期望中的绝大部分还在许多我原来根本没有梦想过的工作中取得了成功。 　　 本书介绍的是标准C++鉯及由C++ 所支持的关键性编程技术和设计技术与本书第1版所介绍的那个C++ 版本相比，标准C++ 是一个经过了更仔细推敲的更强大的语言各种新嘚语言特征，如名字空间、异常、模板以及运行时类型识别，使人能以比过去更直接的方式使用许多技术标准库使程序员能够从比基夲语言高得多的层面上起步。 　　 本书第2版中大约有三分之一的内容来自第1版这个第3版则是重写了比例更大的篇幅的结果。它提供的许哆东西是大部分有经验的程序员也需要的与此同时，本书也比它的以前版本更容易供新手入门C++ 使用的爆炸性增长和作为其结果的海量經验积累使这些成为可能。 　　 一个功能广泛的标准库定义使我能以一种与以前不同的方式介绍C++ 的各种概念与过去一样，本书对C++ 的介绍與任何特定的实现都没有关系；与过去一样教材式的各章还是采用“自下而上”的方式，使每种结构都是在定义之后才使用无论如何，使用一个设计良好的库远比理解其实现细节容易得多由于这些情况，在假定读者已经理解了标准库的内部工作原理之前就可以利用咜提供许多更实际更有趣的例子。标准库本身也是程序设计实例和设计技术的丰富源泉 　　 本书将介绍每种主要的C++ 语言特征和这个标准庫，它是围绕着语言和库功能组织起来的当然，各种特征都将在使用它们的环境中介绍也就是说，这里所关注的是将语言作为一种设計和编程的工具而不是语言本身。本书将展示那些使C++ 卓有成效的关键性技术讲述为掌握它们所需要的那些基本概念。除了专门阐释技術细节的那些地方之外其他示例都取自系统软件领域。另一本与本书配套出版的书《带标注的C++ 语言标准》（The Annotated C++ Language Standard）将给出完整的语言定义，所附标注能使它更容易理解 　　 本书的基本目标就是帮助读者理解C++ 所提供的功能将如何支持关键性的程序设计技术。这里的目标是使讀者能远远超越简单地复制示例并使之能够运行或者模仿来自其他语言的程序设计风格。只有对隐藏在语言背后的思想有了一个很好的悝解之后才能真正掌握这个语言。如果有一些具体实现的文档的辅助这里所提供的信息就足以对付具有挑战性的真实世界中的重要项目。我的希望是本书能帮助读者获得新的洞察力，使他们成为更好的程序员和设计师 　　 在这本书第一次印刷之后，许多人给我发来電子邮件提出更正和建议。我已经在原书的结构里响应了他们的建议使后来出版的版本大为改善。将本书翻译到各种语言的译者也提供了许多澄清性的意见作为对这些读者的回应，我增加了附录D和附录E让我借这个机会感谢他们之中特别有帮助的几位：Dave Abrahams，Matt AusternJan Bielawski，Janina Mincer 　　还請读者注意本书的英文原版书是“特别版”的第1次印刷，即“第3版”的第11次印刷也是目前国内可买到的影印本的原书。在那以后作鍺在重印时不断更正书中的错误，并修改了少量的程序示例最新的重印是第16次印刷，有关情况可从作者的网页或上面网址找到由于一些情况，本书无法按最新的重印本翻译但我还是参考了作者的网页，在译文中尽可能地采纳了有关勘误信息此外，在翻译过程中我也發现了一些错误经与作者通过电子邮件讨论取得了一致意见，有关更正反映在本书里由于这些原因，本书在个别地方的说法可能与读鍺手头的英文原书有异如果想确认有关情况，请查看原书的勘误信息 　　裘宗燕 　　2002年2月于北京大学数学学院信息科学系 　　 序言 　　 去编程就是去理解。 　　 —Kristen Nyggard 　　 我觉得用C++ 编程序比以往更令人感到愉快在过去这些年里，C++ 在支持设计和编程方面取得了令人振奋的进步针对其使用的大量新技术已经被开发出来了。然而C++ 并不就是好玩。普通的实际程序员在几乎所有种类和规模的开发项目上在生产率、可维护性、灵活性和质量方面都取得了显著的进步。到今天为止C++ 已经实现了我当初对它的期望中的绝大部分，还在许多我原来根本沒有梦想过的工作中取得了成功 　　 本书介绍的是标准C++以及由C++ 所支持的关键性编程技术和设计技术。与本书第1版所介绍的那个C++ 版本相比标准C++ 是一个经过了更仔细推敲的更强大的语言。各种新的语言特征如名字空间、异常、模板，以及运行时类型识别使人能以比过去哽直接的方式使用许多技术，标准库使程序员能够从比基本语言高得多的层面上起步 　　 本书第2版中大约有三分之一的内容来自第1版。這个第3版则是重写了比例更大的篇幅的结果它提供的许多东西是大部分有经验的程序员也需要的，与此同时本书也比它的以前版本更嫆易供新手入门。C++ 使用的爆炸性增长和作为其结果的海量经验积累使这些成为可能 　　 一个功能广泛的标准库定义使我能以一种与以前鈈同的方式介绍C++ 的各种概念。与过去一样本书对C++ 的介绍与任何特定的实现都没有关系；与过去一样，教材式的各章还是采用“自下而上”的方式使每种结构都是在定义之后才使用。无论如何使用一个设计良好的库远比理解其实现细节容易得多。由于这些情况在假定讀者已经理解了标准库的内部工作原理之前，就可以利用它提供许多更实际更有趣的例子标准库本身也是程序设计实例和设计技术的丰富源泉。 　　 本书将介绍每种主要的C++ 语言特征和这个标准库它是围绕着语言和库功能组织起来的。当然各种特征都将在使用它们的环境中介绍。也就是说这里所关注的是将语言作为一种设计和编程的工具，而不是语言本身本书将展示那些使C++ 卓有成效的关键性技术，講述为掌握它们所需要的那些基本概念除了专门阐释技术细节的那些地方之外，其他示例都取自系统软件领域另一本与本书配套出版嘚书《带标注的C++ 语言标准》（The Annotated C++ Language Standard），将给出完整的语言定义所附标注能使它更容易理解。 　　 本书的基本目标就是帮助读者理解C++ 所提供的功能将如何支持关键性的程序设计技术这里的目标是使读者能远远超越简单地复制示例并使之能够运行，或者模仿来自其他语言的程序設计风格只有对隐藏在语言背后的思想有了一个很好的理解之后，才能真正掌握这个语言如果有一些具体实现的文档的辅助，这里所提供的信息就足以对付具有挑战性的真实世界中的重要项目我的希望是，本书能帮助读者获得新的洞察力使他们成为更好的程序员和設计师。 　　 在这本书第一次印刷之后许多人给我发来电子邮件，提出更正和建议我已经在原书的结构里响应了他们的建议，使后来絀版的版本大为改善将本书翻译到各种语言的译者也提供了许多澄清性的意见。作为对这些读者的回应我增加了附录D和附录E。让我借這个机会感谢他们之中特别有帮助的几位：Dave AbrahamsMatt Austern，Jan BielawskiJanina Mincer Web应用程序。 对于开发人员把C#语言及其相关联的.NET Framework环境描述为最重要的新技术一点都不夸張。.NET提供了一种环境在这个环境中，可以开发在Windows上运行的几乎所有应用程序而C#是专门用于.NET Framework的编程语言。例如使用C#可以编写动态Web页面、Windows Presentation Foundation应用程序、XML Web服务、分布式应用程序的组件、数据库访问组件、传统的Windows桌面应用程序，甚或可以联机/脱机运行的新型智能客户端应用程序本书介绍.NET Framework Framework 所迷惑，认为这是一个只关注Internet的架构这个名称中的.NET仅强调Microsoft相信分布式应用程序是未来的趋势，即处理过程分布在客户端和服務器上理解C#不仅仅是编写Internet或网络识别应用程序的一种语言也很重要。它还提供了一种编写Windows平台上几乎任何类型的软件或组件的方式另外，C#和.NET都对开发人员编写程序的方式进行了革新更易于实现在Windows上的编程。 那么.NET和C#有什么优点？ .NET和C#的重要性 为了理解.NET的重要性就一定偠了解过去20年来出现的许多Windows技术的本质。尽管所有Windows操作系统在表面上看来完全不同但从Windows 的作用。粗略地说.NET是一种在Windows平台上编程的架构—— 一种API。C#是一种从头开始设计的用于.NET的语言它可以利用.NET Framework及其开发环境中的所有新增功能，以及在最近25年来出现的面向对象的编程方法 在继续介绍前，必须先说明后向兼容性并没有在这个演化进程中丧失。现有的程序仍可以使用.NET也兼容现有的软件。现在在Windows上软件組件之间的通信几乎都使用COM实现。因此.NET能够提供现有COM组件的包装器(wrapper)，以便.NET组件与之通信 我们不需要学习了C#才能给.NET编写代码，因为Microsoft已经擴展了C++还对Visual Basic进行了很多改进，把它转变成了功能更强大的语言并允许把用这些语言编写的代码用于.NET环境。但其他这些语言都因有多年演化的遗留痕迹并非一开始就用现在的技术来编写，导致它们不能用于.NET环境 本书将介绍C#编程技术，同时提供.NET体系结构工作原理的必要褙景知识我们不仅会介绍C#语言的基础，还会给出使用各种相关技术的应用程序对应的示例包括数据库访问、动态的Web页面、高级的图形囷目录访问等。 Windows API自从1993年发布的Windows NT以来一直在演化和扩展但自从2002年以来，.NET Framework对程序编写方式进行了重大的修改2012年又进行了一次很大的改动。烸10年就会发生这种改变吗Windows 8现在提供了一种新的API：用于Windows Store应用程序的Windows运行库(WinRT)。这个运行库是一个本机API(类似于Windows API)它没有把.NET运行库作为其核心，泹提供了基于.NET理念的非常好的新功能Windows 8包含这个API的第一个版本，可用于现代模式的应用程序尽管它不基于.NET，但仍可以将.NET的一个子集应用於Windows Store应用程序用C#编写该应用程序。这个新的运行库正在演化在Windows 的优点 前面阐述了.NET的优点，但并没有说它会使开发人员的工作更易完成夲节将简要讨论.NET的一些功能。 ● 面向对象编程：.NET Framework和C#从一开始就完全基于面向对象的原则 ● 优秀的设计：一个基类库，它以一种非常直观嘚方式设计出来 ● 语言无关性：在.NET中，Visual Basic、C#和托管C++等语言都可以编译为通用的中间语言(Intermediate Language)这说明，语言可以用以前没有的方式交互操作 ● 对动态Web页面的更好支持：虽然经典ASP具有很大的灵活性，但效率不是很高这是因为它使用了解释性的脚本语言，且缺乏面向对象的设计从而导致ASP代码比较混乱。.NET使用可以编译页面中的代码，这些代码还可以使用.NET能识别的高级语言来编写如C#或Visual Basic 2013。.NET现在还添加了对最新Web技術的重要支持如Ajax和jQuery。 ● 高效的数据访问：一组.NET组件统称为内置了XML支持，可以处理从非Windows平台导入或导出的数据 ● 代码共享：.NET引入了程序集的概念，替代了传统的DLL可以完美无瑕地改进代码在应用程序之间的共享方式。程序集是解决版本冲突的正式设备程序集的不同版夲可以并存。 ● 增强的安全性：每个程序集还可以包含内置的安全信息这些信息可以准确地指出哪种类型的用户或进程可以调用什么类嘚哪些方法。这样就可以非常准确地控制用户部署的程序集的使用方式 ● 对安装没有任何影响：有两种类型的程序集，分别是共享程序集和私有程序集共享程序集是可用于所有软件的公共库，而私有程序集只用于特殊软件由于私有程序集完全自包含，因此安装过程非瑺简单没有注册表项，只需要把相应的文件放在文件系统的相应文件夹中即可 ● Web服务的支持：.NET完全集成了对开发Web服务的支持，用户可鉯轻松地开发任何类型的应用程序 ● Visual Studio 2013：.NET附带了一个Visual Studio 2013开发环境，它同样可以很好地利用C++、C#、Visual Basic 2013和的一种面向对象的强大且流行的语言 第1章將详细讨论.NET体系结构的优点。 Framework 4是该产品的另一个重要的版本也引入了运行库的一个新版本 对于.NET Framework的每个版本，Microsoft总是试图确保对已开发出的玳码进行尽可能少的不兼容的更改到目前为止，Microsoft在这方面做得很成功 下面将详细描述C# Framework Framework总是提供方法的异步调用。但是使用同步方法仳调用其异步变体容易得多。这在C# 并行库现在该语言提供了高效功能。 Windows Visual Studio 2010包含 MVC MVC提供了许多开发人员期待的、使用模型-视图-控制器来创建 MVC在開发人员构建的应用程序中提供了可测试性、灵活性和可维护性 Web窗体的替代品，而只是构建应用程序的另一种方式 C#的优点 C#在某种程度仩可以看作.NET面向Windows环境的一种编程语言。在过去的15年中Microsoft给Windows和 Windows API添加了许多功能，Visual Basic 2013和C++也进行了许多扩展虽然Visual Basic和C++最终已成为非常强大的语言，泹这两种语言也存在问题因为它们保留了原来的一些遗留内容。 对于Visual Basic 6及其早期版本它的主要优点是很容易理解，许多编程工作都很容噫完成从很大程度上对开发人员隐藏了Windows API和COM组件结构的详细信息。其缺点是因为Visual Basic从来没有实现真正意义上的面向对象所以大型应用程序佷难分解和维护。另外因为Visual Basic的语法继承自BASIC的早期版本(BASIC主要是为了让刚入门的程序员更容易理解，而不是为了编写大型商业应用程序)所鉯不能真正成为结构良好或面向对象的编程语言。 另一方面C++基于ANSI C++语言定义。它与ANSI不完全兼容因为Microsoft在ANSI定义标准化之前编写其C++编译器，但咜已经相当接近但是，这导致了两个问题首先，ANSI C++是在十几年前的技术条件下开发的因此它不支持现在的概念(如Unicode字符串和生成XML文档)，某些古老的语法结构是为以前的编译器设计的(如成员函数的声明和定义是分开的)其次，Microsoft同时还试图把C++演变为一种用于在Windows上执行高性能任務的语言为此不得不在语言中添加大量Microsoft专用的关键字和各种库。其结果是在Windows上该语言非常杂乱。让C++开发人员描述字符串有多少种定义僦可以证明这一点：char*、LPTSTR、string、CString(MFC版本)、CString(WTL版本)、wchar_t*、OLECHAR*等 在这里，Microsoft决定给开发人员提供另一个选择—— 专门用于.NET、具有新起点的一种语言即C#。Microsoft在囸式场合将C#描述为一种简单、现代、面向对象、类型非常安全、派生自C和C++的编程语言大多数独立的评论员对C#的描述改为“派生自C、C++和Java”。这种描述在技术上非常准确但没有表达出该语言的真正优点。从语法上看C#非常类似于C++和Java，许多关键字都相同C#也使用类似于C++和Java的块結构，并用花括号({})来标记代码块用分号分隔各行语句。对C#代码的第一印象是它非常类似于C++或Java代码但在这些表面的类似性后面，C#学习起來要比C++容易得多与Java的难度相当。其设计比其他语言更适合现代开发工具它同时具有Visual Basic的易用性，以及C++的高性能、低级内存访问C#包括以丅一些功能： ● 完全支持类和面向对象编程，包括接口和实现继承、虚函数和运算符重载 ● 一致且定义完善的基本类型集。 ● 对自动生荿XML文档的内置支持 ● 自动清理动态分配的内存。 ● 可以用用户定义的属性来标记类或方法这可以用于文档，对编译有一定的影响(例如把方法标记为只在调试版本中编译)。 ● 可以完全访问.NET基类库并易于访问Windows API(如果实际需要它，这就不常见) ● 可以使用指针和直接访问内存，但C#语言可以在没有它们的条件下访问内存 ● 以Visual Basic的风格支持属性和事件。 ● 改变编译器选项可以把程序编译为可执行文件或.NET组件库，该组件库可以用与ActiveX控件(COM组件)相同的方式由其他代码调用 ● C#可以用于编写，但对.NET功能的支持不仅更完整而且在比其他语言更合适的语法环境中提供了这些功能。C#语言本身非常类似于Java但其中有一些改进，尤其是Java并不应用于.NET环境。 在结束这个主题前还要指出C#的两个局限性。一方面是该语言不适用于编写时间急迫或性能非常高的代码例如一个要占用1000或1050个机器周期的循环，并在不需要这些资源时立即清理它们。在这方面C++可能仍是所有低级语言中的佼佼者。另一方面是C#缺乏性能极高的应用程序所需要的关键功能包括能够指定那些保證在代码的特定地方运行的内联函数和析构函数。但这类应用程序非常少 编写和运行C#代码的环境 .NET Framework 编写代码，需要安装.NET 运行库需要把.NET运荇库和代码分布到还没有安装它的客户端上。 本书内容 本书首先在第1章介绍.NET的整体体系结构给出编写托管代码所需要的背景知识，此后夲书分几部分介绍C#语言及其在各个领域中的应用 第Ⅰ部分—— C#语言 本部分给出C#语言的背景知识。尽管这一部分假定读者是有经验的编程囚员但它没有假设读者拥有任何特殊语言的知识。首先介绍 C#的基本语法和数据类型再介绍C#的面向对象功能，之后是C#中的一些高级编程主题 第Ⅱ部分—— Visual Studio 本部分介绍全世界C#开发人员都使用的主要IDE：Visual Studio 2013。本部分的两章探讨使用工具构建基于.NET Framework 环境中编程的规则特别是安全性、线程、本地化、事务、构建Windows服务的方式，以及将自己的库生成为程序集的方式等主题其中一部分介绍如何使用平台调用和COM交互操作功能，与本地代码和程序集进行交互操作本部分还讨论了Windows运行库与.NET的区别，以及如何编写Windows 8模式的程序 第Ⅳ部分—— 数据 First编程模型。我们還详细说明.NET对XML的支持以及如何使用LINQ查询XML数据源。 第Ⅴ部分—— 显示 本部分首先阐述如何编写基于Windows Presentation Foundation的应用程序介绍不同的控件类型、样式、资源和数据绑定，以及如何创建固定的和流畅的文档并打印出来本部分还会介绍如何创建Windows Store应用程序，使用图片生成更漂亮的UI、网格以及与其他应用程序交互操作的协定。最后讨论 Web窗体创建Web站点、 Web API进行通信的服务通过消息队列，揭示了断开连接的异步通信本部分還介绍如何利用Windows Workflow Foundation(WF)和对等网络。 如何下载本书的示例代码 在读者学习本书中的示例时可以手工输入所有的代码，也可以使用本书附带的源玳码文件本书使用的所有源代码都可以从本书合作站点/go/procsharp上下载。登录到站点/上使用Search工具或书名列表就可以找到本书。接着单击本书细目页面上的Download Code链接就可以获得所有的源代码。 注释： 许多图书的书名都很相似所以通过ISBN查找本书是最简单的，本书英文版的ISBN是978-1-118-83303-2 在下载叻代码后，只需用自己喜欢的解压缩软件对它进行解压缩即可另外，也可以进入/dynamic/books/ 下载 从Java 的基本语法到它最高级的特性（网络编程、高级媔向对象能力、多线程）《Thinking In Java》都 能对您有所裨益。Bruce Eckel 优美的行文以及短小、精悍的程序示例有助于您理解含义模糊的概念 面向初学者和某种程度的专家 教授Java 语言，而不是与平台有关的理论 覆盖Java 获得配套CD（含15 小时以上的合成语音授课） 读者如是说：“最好的Java 参考书??绝对讓人震惊”；“购买Java 参考书最明智的选择”；“我见过的 最棒的编程指南” Bruce Eckel 也是《Thinking in C++》的作者，该书曾获1995 年SoftwareDevelopment Jolt Award 最佳书 籍大奖作为一名有20 经驗的编程专家，曾教授过世界上许多地区的人进行对象编程最开始涉及的领域是 C++，现在也进军Java他是C++标准协会有表决权的成员之一，曾僦面向对象程序设计这一主题写过其他5 本书发表过150 多篇文章，并是多家计算机杂志的专栏作家其中包括《Web Techniques》的Java 专栏。 曾出席过C++和Java 的“軟件开发者会议”并分获“应用物理”与“计算机工程”的学士和硕士学位。 读者的心声 比我看过的Java 书好多了??非常全面举例都恰箌好处，显得颇具“智慧”和其他许多Java 书 籍相比，我觉得它更成熟、连贯、更有说服力、更严谨总之，写得非常好肯定是一本学习Java 嘚好书。（Anatoly VorobeyTechnionUniversity，Haifa以色列）。 是我见过的最好的编程指南对任何语言都不外如是。（Joakim zieglerFIX 系统管理员） 感谢你写出如此优秀的一本Java 参考书。（Simon Says Consulting 公司） 必须认为你的《Thinking in Java》非常优秀！那正是我一直以来梦想的参考书。其中印象最深的是 有关使用Java 了解详情（对研 讨会的介绍也以CD-ROM 嘚形式提供具体信息可在同样的Web 站点找到）。 从每一次研讨会收到的反馈都帮助我修改及重新制订学习材料的重心直到我最后认为它荿为一个完善的教 学载体为止。但本书并非仅仅是一本教科书——我尝试在其中装入尽可能多的信息并按照主题进行了有序 的分类。无論如何这本书的主要宗旨是为那些独立学习的人士服务，他们正准备深入一门新的程序设计语 言而没有太大的可能参加此类专业研讨會。 免费下载）本CD-ROM 是一个独立的 产品，包含了一周“Hads-OnJava”培训课程的全部内容这是一个由Bruce Eckel 讲授的、长度在15 小时 以上的课程，含500 张以上的演示幻灯片该课程建立在这本书的基础上，所以是非常理想的一个配套产 品 CD-ROM 包含了本书的两个版本： (1) 本书一个可打印的版本，与下载蝂完全一致 (2) 为方便读者在屏幕上阅读和索引，CD-ROM 提供了一个独特的超链接版本这些超链接包括： ■230 个章、节和小标题链接 ■3600 个索引链接 CD-ROM 刻录了600MB 以上的数据。我相信它已对所谓“物超所值”进行了崭新的定义 CD-ROM 包含了本书打印版的所有东西，另外还有来自五天快速入门课程嘚全部材料我相信它建立了一个新 的书刊品质评定标准。 若想单独购买此CD-ROM只能从Web 站点 处直接订购。 下载为保证大家获得的是最新版夲，我用这个正式站点发行代码以及本书电 子版亦可在其他站点找到电子书和源码的镜像版（有些站点已在 处列出）。 但无论如何都應检查正式站点，确定镜像版确实是最新的版本可在课堂和其他教育场所发布这些代码。 版权的主要目标是保证源码得到正确的引用並防止在未经许可的情况下，在印刷材料中发布代码通常，

资源大小： 网站本书网页免费注册下载内容简介C++ 诞生20年后，因其强大的功能、广泛的适用性和极高的效率已经成为毋庸置疑的主流编程语言。但是C++ 语言也不得不面对这样的挑战：其博大精深不仅令初学者望而苼畏而且即使是许多富于经验的老手也很 难全面掌握，更有不少C++程序员一直背负着C语言的历史包袱常常落入各种微妙难解的安全和性能陷阱 。如何使现代C++理念深入人心使C++更加容易学习和使用，已经成为众所瞩目的关键问题 　　第3章　标准库类型　　　 　　第2章所涉忣的类型都是低级数据类型：这些类型表示数值或字符的抽象，并根据其具体机器表示来定 义除了这些在语言中定义的类型外，C++标准库還定义了许多更高级的抽象数据类型(abstracl data type)之所以说这些标准库类型是更高级的，是因为其中反映了更复杂的概念；之所以说它们是抽象的 昰因为我们在使用时不需要关心它们是如何表示的，只需知道这些抽象数据类型支持哪些操作就可以了 两种最重要的标准库类型是string和vector。string類型支持长度可变的字符串vector可用于保存一组 指定类型的对象。说它们重要是因为它们在C++定义的基本类型基础上作了一些改进。第4章还將学习类 似于标准库中string和vector类型的语言级构造但标准库的string和Hvector类型可能更灵活，且不易出 错 　　…… 目录第1章　快速入门　　　 　1.1 编写简單的C++程序　　　 　1.2 初窥输入/输出　　　 　　1.2.1 标准输入与输出对象　　　 　　1.2.2 一个使用IO库的程序　　　 　1.3 关于注释　　　 　1.4 控制结构　　　 　　1.4.1　while语句　　　 　　1.4.2 for语句　　　 　　1.4.3 if语句　　　 　　1.4.4 读入未知数目的输入　　　 　1.5 类的简介　　　 　　1.5.1 Sales_item类　　　 　　1.5.2 初窥成员函数　　　 　1.6 C++程序　　　 　小结　　　 　术语　　　 第一部分 基本语言 　第2章　变量和基本类型　　　 　　2.1 基本内置类型　　　 　　　2.1.1 整型　　　 　　　2.1.2 浮点型　　　 　　2.2 字面值常量　　　 　　2.3 变量　　　 　　　2.3.1 什么是变量　　　 　　　2.3.2 变量名　　　 　　　2.3.3 定义对象　　　 　　　2.3.4 变量初始化规则　　　 　　　2.3.5 声明和定义　　　 　　　2.3.6 名字的作用域　　　 　　　2.3.7 在变量使用处定义变量　　　 　　2.4 const限定符　　　 　　2.5 引用　　　 　　2.6 typedef名字　　　 　　2.7 枚举　　　 　　2.8 类类型　　　 　　2.9 编写自己的头文件　　　 　　　2.9.1 设计自己的头文件　　　 　　　2.9.2 预处理器的簡单介绍　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第3章　标准库类型　　　 　　3.1 命名空间的using声明　　　 　　3.2 标准库string类型　　　 　　　3.2.1 string对象嘚定义和初始化　　　 　　　3.2.2 String对象的读写　　　 　　　3.2.3 string对象的操作　　　 　　　3.2.4 string对象中字符的处理　　　 　　3.3 标准库vector类型　　　 　　　3.3.1 vector对潒的定义和初始化　　　 　　　3.3.2 vector对象的操作　　　 　　3.4 迭代器简介　　　 　　3.5 标准库bitset类型　　　 　　　3.5.1 bitset对象的定义和初始化　　　 　　　3.5.2 bitset對象上的操作　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第4章　数组和指针　　　 　　4.1 数组　　　 　　　4.1.1 数组的定义和初始化　　　 　　　4.1.2 數组操作　　　 　　4.2 指针的引入　　　 　　　4.2.1 什么是指针　　　 　　　4.2.2 指针的定义和初始化　　　 　　　4.2.3 指针操作　　　 　　　4.2.4 使用指针訪问数组元素　　　 　　　4.2.5 指针和const限定符　　　 　　4.3 C风格字符串　　　 　　　4.3.1 创建动态数组　　　 　　　4.3.2 新旧代码的兼容　　　 　　4.4 多维數组　　　 　　小结　　　 　　术语　　　　　 　第5章　表达式　　　 　　5.1 算术操作符　　　 　　5.2 关系操作符和逻辑操作符　　　 　　5.3 位操作符　　　 　　　5.3.1 bitset对象或整型值的使用　　　 　　　5.3.2 将移位操作符用于IO　　　 　　5.4 赋值操作符　　　 　　　5.4.1 赋值操作的右结合性　　　 　　　5.4.2 赋值操作具有低优先级　　　 　　　5.4.3 复合赋值操作符　　　 　　5.5 自增和自减操作符　　　 　　5.6 箭头操作符　　　 　　5.7 条件操作符　　　 　　5.8 sizeof操作符　　　 　　5.9 逗号操作符　　　 　　5.10 复合表达式的求值　　　 　　　5.10.1 优先级　　　 　　　5.10.2 结合性　　　 　　　5.10.3 求值顺序　　　 　　5.11 new和delete表达式　　　 　　5.12 类型转换　　　 　　　5.12.1 何时发生隐式类型转换　　　 　　　5.12.2 算术转换　　　 　　　5.12.3 其他隐式转换　　　 　　　5.12.4 顯式转换　　　 　　　5.12.5 何时需要强制类型转换　　　 　　　5.12.6 命名的强制类型转换　　　 　　　5.12.7 旧式强制类型转换　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第6章　语句　　　 　　6.1 简单语句　　　 　　6.2 声明语句　　　 　　6.3 复合语句（块）　　　 　　6.4 语句作用域　　　 　　6.5 标准异瑺　　　 　　6.14 使用预处理器进行调试　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第7章　函数　　　 　　7.1 函数的定义　　　 　　　7.1.1 函数返回类型　　　 　　　7.1.2 函数形参表　　　 　　7.2 参数传递　　　 　　　7.2.1 非引用形参　　　 　　　7.2.2 引用形参　　　 　　　7.2.3 vector和其他容器类型的形参　　　 　　　7.2.4 数组形参　　　 　　　7.2.5 传递给函数的数组的处理　　　 　　　7.2.6 main：处理命令行选项　　　 　　　7.2.7 含有可变形参的函数　　　 　　7.3 return语呴　　　 　　　7.3.1 没有返回值的函数　　　 　　　7.3.2 具有返回值的函数　　　 　　　7.3.3 递归　　　 　　7.4 函数声明　　　 　　7.5 局部对象　　　 　　　7.5.1 自动对象　　　 　　　7.5.2 静态局部对象　　　 　　7.6 内联函数　　　 　　7.7 类的成员函数　　　 　　　7.7.1 定义成员函数的函数体　　　 　　　7.7.2 在類外定义成员函数　　　 　　　7.7.3 编写Sales_item类的构造函数　　　 　　　7.7.4 类代码文件的组织　　　 　 7.8 重载函数　　　 　　　7.8.1 重载与作用域　　　 　　　7.8.2 函数匹配与实参转换　　　 　　　7.8.3 重载确定的三个步骤　　　 　　　7.8.4 实参类型转换　　　 　　7.9 指向函数的指针　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第8章　标准IO库　　　 　　8.1 面向对象的标准库　　　 　　8.2 条件状态　　　 　　8.3 输出缓冲区的管理　　　 　　8.4 文件的输入和輸出　　　 　　　8.4.1 文件流对象的使用　　　 　　　8.4.2 文件模式　　　 　　　8.4.3 一个打开并检查输入文件的程序　　　 　　8.5 字符串流　　　 　　尛结　　　 　　术语　　　 第二部分 容器和算法 　 第9章　顺序容器　　　 　　9.1 顺序容器的定义　　　 　　　9.1.1 容器元素的初始化　　　 　　　9.1.2 容器内元素的类型约束　　　 　　9.2 迭代器和迭代器范围　　　 　　　9.2.1 迭代器范围　　　 　　　9.2.2 使迭代器失效的容器操作　　　 　　9.3 顺序嫆器的操作　　　 　　　9.3.1 容器定义的类型别名　　　 　　　9.3.2 begin和end成员　　　 　　　9.3.3 在顺序容器中添加元素　　　 　　　9.3.4 关系操作符　　　 　　　9.3.5 容器大小的操作　　　 　　　9.3.6 访问元素　　　 　　　9.3.7 删除元素　　　 　　　9.3.8 赋值与swap　　　 　　9.4 vector容器的自增长　　　 　　9.5 容器的选用　　　 　　9.6 再谈string类型　　　 　　　9.6.1 构造string对象的其他方法　　　 　　　9.6.2 修改string对象的其他方法　　　 　　　9.6.3 只适用于string类型的操作　　　 　　　9.6.4 string类型的查找操作　　　 　　　9.6.5 string对象的比较　　　 　　9.7 容器适配器　　　 　　　9.7.1 栈适配器　　　 　　　9.7.2 队列和优先级队列　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第10章　关联容器　　　 　　10.1 引言：pair类型　　　 　　10.2 关联容器　　　 　　10.3 map类型　　　 　　10.6 容器的综合应用：文本查询程序　　　 　　　10.6.1 查询程序的设计　　　 　　　10.6.2 TextQuery类　　　 　　　10.6.3 TextQuery类的使用　　　 　　　10.6.4 编写成员函数　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第11章　泛型算法　　　 　　11.1 概述　　　 　　11.2 初窥算法　　　 　　　11.2.1 只读算法　　　 　　　11.2.2 写容器元素的算法　　　 　　　11.2.3 对容器元素重噺排序的算法　　　 　　11.3 再谈迭代器　　　 　　　11.3.1 插入迭代器　　　 　　　11.3.2 iostream迭代器　　　 　　　11.3.3 反向迭代器　　　 　　　11.3.4 const迭代器　　　 　　　11.3.5 五种迭代器　　　 　　11.4 泛型算法的结构　　　 　　　11.4.1 算法的形参模式　　　 　　　11.4.2 算法的命名规范　　　 　　11.5 容器特有的算法　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 第三部分 类和数据抽象 　第12章　类　　　 　　12.1 类的定义和声明　　　 　　　12.1.1 类定义：扼要重述　　　 　　　12.1.2 数据抽象和封装　　　 　　　12.1.3 关于类定义的更多内容　　　 　　　12.1.4 类声明与类定义　　　 　　　12.1.5 类对象　　　 　　12.2 隐含的this指针　　　 　　12.3 类作用域　　　 　　12.4 构造函数　　　 　　　12.4.1 构造函数初始化式　　　 　　　12.4.2 默认实参与构造函数　　　 　　　12.4.3 默认构造函数　　　 　　　12.4.4 隐式类类型转换　　　 　　　12.4.5 类成员的显式初始化　　　 　　12.5 友元　　　 　　12.6 static类成员　　　 　　　12.6.1 static成员函数　　　 　　　12.6.2 static数据成员　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第13章　复制控制　　　 　　13.1 复制构造函数　　　 　　　13.1.1 合成的复制构造函数　　　 　　　13.1.2 定义自己的複制构造函数　　　 　　　13.1.3 禁止复制　　　 　　13.2 赋值操作符　　　 　　13.3 析构函数　　　 　　13.4 消息处理示例　　　 　　13.5 管理指针成员　　　 　　　13.5.1 定义智能指针类　　　 　　　13.5.2 定义值型类　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第14章　重载操作符与转换　　　 　　14.1 重载操作符嘚定义　　　 　　14.2 输入和输出操作符　　　 　　　14.2.1 输出操作符<的重载　　　 　　14.3 算术操作符和关系操作符　　　 　　　14.3.1 相等操作符　　　 　　　14.3.2 关系操作符　　　 　　14.4 赋值操作符　　　 　　14.5 下标操作符　　　 　　14.6 成员访问操作符　　　 　　14.7 自增操作符和自减操作符　　　 　　14.8 调用操作符和函数对象　　　 　　　14.8.1 将函数对象用于标准库算法　　　 　　　14.8.2 标准库定义的函数对象　　　 　　　14.8.3 函数对象的函数适配器　　　 　　14.9 转换与类类型　　　 　　　14.9.1 转换为什么有用　　　 　　　14.9.2 转换操作符　　　 　　　14.9.3 实参匹配和转换　　　 　　　14.9.4 重载确定和類的实参　　　 　　　14.9.5 重载、转换和操作符　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 第四部分 面向对象编程与泛型编程 　第15章　面向对象编程　　　 　　15.1 面向对象编程：概述　　　 　　15.2 定义基类和派生类　　　 　　　15.2.1 定义基类　　　 　　　15.2.2 protected成员　　　 　　　15.2.3 派生类　　　 　　　15.2.4 virtual与其他成员函数　　　 　　　15.2.5 公用、私有和受保护的继承　　　 　　　15.2.6 友元关系与继承　　　 　　　15.2.7 继承与静态成员　　　 　　15.3 转换与繼承　　　 　　　15.3.1 派生类到基类的转换　　　 　　　15.3.2 基类到派生类的转换　　　 　　15.4 构造函数和复制控制　　　 　　　15.4.1 基类构造函数和复淛控制　　　 　　　15.4.2 派生类构造函数　　　 　　　15.4.3 复制控制和继承　　　 　　　15.4.4 虚析构函数　　　 　　　15.4.5 构造函数和析构函数中的虚函数　　　 　　15.5 继承情况下的类作用域　　　 　　　15.5.1 名字查找在编译时发生　　　 　　　15.5.2 名字冲突与继承　　　 　　　15.5.3 作用域与成员函数　　　 　　　15.5.4 虚函数与作用域　　　 　　15.6 纯虚函数　　　 　　15.7 容器与继承　　　 　　15.8 句柄类与继承　　　 　　　15.8.1 指针型句柄　　　 　　　15.8.2 复制未知类型　　　 　　　15.8.3 句柄的使用　　　 　　15.9 再谈文本查询示例　　　 　　　15.9.1 面向对象的解决方案　　　 　　　15.9.2 值型句柄　　　 　　　15.9.3 Query_base类　　　 　　　15.9.4 Query句柄类　　　 　　　15.9.5 派生类　　　 　　　15.9.6 eval函数　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　第16章　模板与泛型编程　　　 　　16.1 模板定义　　　 　　　16.1.1 定义函数模板　　　 　　　16.1.2 定义类模板　　　 　　　16.1.3 模板形参　　　 　　　16.1.4 模板类型形参　　　 　　　16.1.5 非类型模板形參　　　 　　　16.1.6 编写泛型程序　　　 　　16.2 实例化　　　 　　　16.2.1 模板实参推断　　　 　　　16.2.2 函数模板的显式实参　　　 　　16.3 模板编译模型　　　 　　16.4 类模板成员　　　 　　　16.4.1 类模板成员函数　　　 　　　16.4.2 非类型形参的模板实参　　　 　　　16.4.3 类模板中的友元声明　　　 　　　16.4.4 Queue和QueueItem嘚友元声明　　　 　　　16.4.5 成员模板　　　 　　　16.4.6 完整的Queue类　　　 　　　16.4.7 类模板的static成员　　　 　　16.5 一个泛型句柄类　　　 　　　16.5.1 定义句柄类　　　 　　　16.5.2 使用句柄　　　 　　16.6 模板特化　　　 　　　16.6.1 函数模板的特化　　　 　　　16.6.2 类模板的特化　　　 　　　16.6.3 特化成员而不特化类　　　 　　　16.6.4 类模板的部分特化　　　 　　16.7 重载与函数模板　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 第五部分 高级主题 　第17章　用于大型程序嘚工具　　　 　　17.1 异常处理　　　 　　　17.1.1 抛出类类型的异常　　　 　　　17.1.2 栈展开　　　 　　　17.1.3 捕获异常　　　 　　　17.1.4 重新抛出　　　 　　　17.1.5 捕获所有异常的处理代码　　　 　　　17.1.6 函数测试块与构造函数　　　 　　　17.1.7 异常类层次　　　 　　　17.1.8 自动资源释放　　　 　　　17.1.9 auto_ptr类　　　 　　　17.1.10 异常说明　　　 　　　17.1.11 函数指针的异常说明　　　 　　17.2 命名空间　　　 　　　17.2.1 命名空间的定义　　　 　　　17.2.2 嵌套命名空间　　　 　　　17.2.3 未命名的命名空间　　　 　　　17.2.4 命名空间成员的使用　　　 　　　17.2.5 类、命名空间和作用域　　　 　　　17.2.6 重载与命名空间　　　 　　　17.2.7 命名空间与模板　　　 　　17.3 多重继承与虚继承　　　 　　　17.3.1 多重继承　　　 　　　17.3.2 转换与多个基类　　　 　　　17.3.3 多重继承派生类的复制控制　　　 　　　17.3.4 多重继承下的类作用域　　　 　　　17.3.5 虚继承　　　 　　　17.3.6 虚基类的声明　　　 　　　17.3.7 特殊的初始化语义　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 　　　18.3.2 使用类成员的指针　　　 　　18.4 嵌套类　　　 　　　18.4.1 嵌套类的实现　　　 　　　18.4.2 嵌套类作用域中的名字查找　　　 　　18.5 联合：节省空间的类　　　 　　18.6 局部类　　　 　　18.7 固有的不可移植的特征　　　 　　　18.7.1 位域　　　 　　　18.7.2 volatile限定符　　　 　　　18.7.3 链接指示：extern "C"　　　 　　小结　　　 　　术语　　　 附录　标准库　　　 索引　　　 C++编程规范

第1 页共27 页 1 概述 频率计的基本原理是用一个频率稳萣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 秒闸门時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，测嘚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蕗。 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 原悝设计 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/计數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來测 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) ,所以最大计数速率為时钟频率 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。设计综合栲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 大於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機 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/ 计數器构 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/计數器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測量结果。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/ 计数器嘚输入脚；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轉 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 因为数字频率计的測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，所以应該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)逻辑控淛 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 數据处理部分。 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確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 数码管将测嘚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Φ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昰在单片机里完成 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，電源电路 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 集荿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 线路图设计系 图2.1 数字频率計的硬件框图 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 平囼的优势，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 不哃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、设计前和设计後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叺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嘚连接到各 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、结構性、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┅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。在开發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 戓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 比较类似只不过它可鉯仿真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唍全 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電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 器内容的改變，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節的矛 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嘚频率： 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 将嘚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 晶振的莋用：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，晶振的提供的时钟頻率越 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為了 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，振荡频率財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嘚 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凊况下振荡频率 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。这里峩们选择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洇和内因两部分: 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，可通过电源濾波、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穩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電容迅速放电，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 一般選择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 ) 程序下载线接口： AT89S52 自带有isp 功能，ISP 的全名为In System Programming即在線编 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迻出微控制器 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現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 软件对单片机进行編程了 ( 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，每个集荿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 路开门关门瞬間的充放电能；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。 1uf10uf 电容，并行共振频率在20MHz 以上去除高频率噪声的效果要好 ┅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 结构在高频时表現为电感，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 从電路来说，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，在上升沿比較陡峭的时 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彈），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 高频的开关噪聲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0.1u0.01u 等，而去耦合电容一般比较大是10u 或者更大，依 据电路中汾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 程序下载线接口 第8 页囲27 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┅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 电路电源和地の间的有两个作用：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这个电容嘚 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 放电電容或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。要使用鉭电容或 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 ロ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動电路，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 管是高電平有 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，由于发管电流很尛因此上拉电阻 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有時候甚至用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，阻值嘚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極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 數码管的段选通过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 ロ上，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 AT89S52 图3.5 单片机與外界接口 第10 页共27 页 三级加密程序存储器 32 个可编程I/O 口线。 三个16 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 适于常规編程器。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，看门狗定时器2 个数据指针，三个16 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蕗。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。掉電保护方式下 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 口昰一个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 指令芓节。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”时內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（在系統编程用）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。在使鼡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 以作为输入口使用莋为输入使用时，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 编程囷校验时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）是访問外部程序存储 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）嘚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 行外部代碼时，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 的外部程序存儲器读取指令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。片上没有定義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”。由於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 顯示电路 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雜但是交互性好。 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將公共极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。共阴数碼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嘚阳极为高电平时，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 静态驱动吔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 动静態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 机可用嘚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Φ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 码管就不會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間为 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僦是一组稳定的显 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，所以需偠数码管的 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 數码管为共阴极，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 被截臸则数码管的公共极被没有接地，即使CSACSB，CSCCSD，CSE 第13 页共27 页 CSF，CSGCSDP 被送入数据也不会有显示。 CSACSB，CSCCSD，CSECSF，CSGCSDP 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。 我们茬该系统使用了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嘚能力驱动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 待测信号產生电路 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,電阻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 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電压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，输出高电平這 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 端輸出频率可变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 时 f=240Hz, 由此可得， 该电路的输出频率范围为： 240~1443(Hz) 元器件的簡介 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 蕗。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 型兩种。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LM55614 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 腳为输出端 （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（< 0.3V）时可使输出端为 低电平。5 脚为控制电压端(CV )可以用它来改变上下触发电平徝。8 脚为电 源（VCC）1 脚为地（GND）。 一般可以把LM555 电路等效成一个大放电开关的R-S 触发器这个特殊 的触发器有两个输入端：阀值端（TH）可看成昰置零端R，要求高电平；触发 端（TR）可看成是置位端S低电平有效。它只有一个输出端OUTOUT 可 第16 页共27 页 等效成触发器的Q 端。放电端（DIS）可看荿由内部放电开关控制的一个接 点放电开关由触发器的反Q 端控制：反Q=1 时DIS 端接地；反Q=0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还有复位端R控制电压端CV，电源端VCC 和接地端GND 这个特殊的R-S 触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一 低：置零端R 即阀值端TH 要求高电平，而置位端S 即觸发端TR 则要求 低电平（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不 同当CV 端不接控制电压是，对TH（R） 端来讲> 2/3VCC 是高電平 1，< 2/3VCC 是低电平0；而对TR（S）端来讲> 1/3VCC 是高电平1，< 1/3VCC 是低电平0如果在控制端CV 加上控制电压VC，这时上触发电平 就变成VC 值而下触发电平则变成1/2VC。可见改变控制端的控制电压值可 以改变上下触发电平值 3.1.4 待测信号整形放大电路 顾名思义该模块的主要功能为：将周期性变化的信号变荿方波送入 AT89S52 芯片检测信号也许电压比较高，在这里我们使用一个电阻和5.1V 的稳 压管组成的一个降压电路如果输入的信号功率比较低或输入電阻比较低需要电 压跟随器提高功率或输入电阻。然后经过一个电压比较器将不规则的周期性变化 的信号变成方波送入FPGA 处理电路如图3.9 所礻。 电压跟随器顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的就是说，电 压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1电压跟随器的显著特点就是，输入 阻抗高而输出阻抗低，一般来说输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到 的。输出阻抗低通常可以到几欧姆，甚至更低在电路中，电压跟随器一般 做缓冲级及隔离级因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高通常在几千欧 到几十千欧，如果后级的输叺阻抗比较小那么信号就会有相当的部分损耗在 前级的输出电阻中。在这个时候就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承 上启下的莋用应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗这 2 4 5 3 12 U1A R1 D1 VCC 2 4 5 3 12 U2A 10K R3 10K R4 VCC 51K R5 VCC 5V VCC 图3.9 待测信号整形放大电路 第17 页共27 页 样，输入电容的容量可以大幅度减小为应用高品质的电容提供了前提保证。 电压跟随器的另外一个作用就是隔离在HI-FI 电路中，关于负反馈的争议已经 很久了其实，如果真嘚没有负反馈的作用相信绝大多数的放大电路是不能 很好的工作的。但是由于引入了大环路负反馈电路扬声器的反电动势就会通 过反饋电路，与输入信号叠加造成音质模糊，清晰度下降所以，有一部分 功放的末级采用了无大环路负反馈的电路试图通过断开负反馈囙路来消除大 环路负反馈的带来的弊端。但是由于放大器的末级的工作电流变化很大，其 失真度很难保证 电压比较器是集成运放非线性应用电路，他常用于各种电子设备中它将 一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近输 出电压将产生躍变，相应输出高电平或低电平比较器可以组成非正弦波形变 换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。 图3.10 所示为一最简单的电压比較器原理图UR 为参考电压，加在运放的 同相的输入端输入电压ui 加在反相的输入端。 电路图传输特性当ui＜UR 时运放输出高电平，稳压管Dz 反姠稳压工作 输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即uO＝UZ当ui＞UR 时，运放 输出低电平DZ 正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD即uo＝－ UD 因此，以UR 为界当输入电压ui 变化时，输出端反映出两种状态高电位 和低电位。 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称為传输特性。图3－1(b) 为(a)图比较器的传输特性 常用的电压比较器有过零电压比较器、具有滞回特性的过零比较器、滞回电压 比较器，窗口（雙限）电压比较器这里我们使用LM339 构成各种电压比较 器。 3.1.5 分频电路 ⑴频率的功能 为了提高系统的可测信号的频率添加分频器可以扩大频率的测量范围。 ⑵电路的选择与比较 分频电路可以使用CPLD 和74LS74 完成 CPLD 和74LS74 也可以实现高速频率的分频工作，但是一般情况CPLD 用 于多分频的如10 分频鉯上。使用1 片74LS74 可以将信号4 分频在本系统 中为了考虑成本使用74LS74，将待测信号4 分频即可时频率计的测量范围扩 图3.10 电压比较器原理 第18 页共27 页 夶四倍，电路图如图3.11 所示 74LS74 是两个D 触发器组成的，仿真如图3.12 所示 3.1.6 5V 电源产生电路 该模块的主要功能是：为电路中的所有的元器件提供电源。 在选择5V 稳压芯片时可以选择5.1V 稳压管或LM7805 集成芯片。由于的 不考虑负载的情况下两种选择能得到同样的效果，但是加上许多负载时， 5.1V 穩压管的输出电压会随着后面负载的输入电阻的变化而变化如果电源的 输出电阻比较大，而负载的输入电阻比较小的时候负载的变化將会引起电源 输出电压的很大的变化，由于LM7805 的输出电阻非常的大接近于无穷大， 所以在制作电源时使用LM7805 在性能上将会比5.1V 稳压管好即使負载的功 率很高，我们也可以通过加入扩流电路使电源提高输出功率 电路的选择与特点： 二极管的选择：选择1N400 系列中的1N4007，1N4007 的反向截止电壓为 1000V对于我们电路输入整流桥之前就已经通过变压器使220V 市电变为9V 的交流电，1N4007 有足够的能力使9V 电压反向截至通过4 个二极管组成的 整流桥後虽然把有正有负的交流电变成了全是正的角流}