基于单片机的频率计设计1

2003年7月第8卷　第3期

西　安　邮　电　学　院　学　报

JOURNAL OF XI ’AN UN IV ERSIT Y OF POST AND TEL ECOMMUN ICA TIONS J uly.2003

Vol.8No.3

收稿日期:2002-11-07

作者简介:赫建国(1961-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系高级实验师。

刘立新(1968-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系工程师。党剑华(1965-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系高级工程师。

基于单片机的频率计设计

赫建国,刘立新,党剑华

(西安邮电学院电子与信息工程系,陕西西安710061)

摘要:以单片机89C51为核心设计了一种频率计。在设计中应用单片机的数学运算和控制功能,实现了测量量程的自动切换,既满足测量精度的要求,又满足系统反应时间的要求。关键词:频率测量;单片机;数据处理

中图分类号:TP368.1 文献标识码:A 文章编号:1007-3264(2003)03-0031-04

1　系统概述

1.1　系统组成

频率计由单片机89C51、信号予处理电路、串行通信电路、测量数据显示电路和系统软件所组成,其中信号予处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形和分频电路。系统硬件框图如图1所示。信号予处理电路中的放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS 兼容信号;分频电路用于扩展单片机的频率测量范围并实现单片机频率测量和周期测量使用统一的输入信号

。

图1　系统硬件框图

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、定时器中断服务模块、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。系统

软件框图如图2所示。

1.2　处理方法

本频率计的设计以A T89C51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A T89C51内部具有2个16位定时/计数器,定时/计数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来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),所以最大计数速率为时钟频率的1/24(使用12MHz 时钟时,最大计数速率为500KHz )。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。

设计综合考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3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于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100Hz 时,定时/计数器构成为

图2　系统软件框图

计数器,以机器周期为基准,由软件产生计数闸门,这时要满足频率测量结果为3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100Hz 时,定时/计数器构成为定时器,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,当待测信号的频率等于100Hz ,使用12MHz 时钟时的最小计数值为10000,完全满足测量精度的要求。1.3　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,利用软件延时程序实现计数闸门。频率计的工作过程为:首先定时/计数器的计数寄存器清0,运行控制位TR 置1,启动定时/计数器;然后运行软件延时程序,同时定时/计数器对外部的待测信号进行计数,延时结束时TR 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,由显示电路显示测量结果。

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/计数器的输入脚。这时频率计的工作过程为:首先定时/计数器的计数寄存器清0,然后检测方波高电平是否加至定时/计数器的输入脚;当判定高电平加至定时/计数器的输入脚,运行控制位TR 置1,启动定时/计数器对单片机的机器周期的计数,同时检测方波高电平是否结束;当判定高电平结束时TR 清0,停止计数,然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5位数码管显示测量结果:前3位为测量结果的有效数字;第4位为指数的符号;第5位为指数的值。采用这种显示格式既保证了测量结果的显示精度,又保证了测量结果的显示范围(0.100Hz -9.99MHz )。

量程自动转换的过程由频率计测量量程的高端开始。由于只显示3位有效数字,在测量量程的高

端计数闸门不需要太宽,例如在10.0KHz -9919KHz 频率范围,计数闸门宽度为10mS 即可。

频率计每个工作循环开始时使用计数方法实现频率测量,并使计数闸门宽度为最窄,完成测量后判断测量结果是否具有3位有效数字,如果成立,将结果送去显示,本工作循环结束;否则将计数闸门宽度扩大10倍,继续进行测量判断,直到计数闸门宽度达到1s ,这时对应的频率测量范围为100Hz -999Hz 。如果测量结果仍不具有3位有效数字,频率计则使用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转换。

2　系统硬件设计

2.1　信号予处理电路

频率计信号予处理电路如图3所示,它由四级电路构成。第一级为零偏置放大器,当输入信号为零或者为负电压时,三极管截止,输出高电平;当输入信号为正电压时,三极管导通,输出电压随着输入电压的上升而下降。零偏置放大器把如正弦波样的正负交替波形变换成单向脉冲,这使得频率计既可以测量任意方波信号的频率,也可以测量正弦波信号的频率。放大器的放大能力实现了对小信号的测量,本电路可以测量幅度≥0.5V 的正弦波或脉冲波待测信号。三极管应采用开关三极管以保证放大器具有良好的高频响应。第二级采用带施密特触发器的反相器7414,它用于把放大器生成的单向脉冲变换成与TTL/CMOS 电平相兼容的方波。第三级采用十进制同步计数器74160,第二级输出的方波加到74160的CL K ,当从74160的TC 输出可实现10分频(多个74160的级连可以进一步扩展测频范

?23?西　安　邮　电　学　院　学　报 2003年7月

围)。第四级同样采用十进制同步计数器74160,第三级输出的方波加到它的CL K ,从它的Q 0输出即可实现2分频,且其输出为对称方波,方波宽度等于待测信号的周期,从而为测量信号周期提供基础

。图3　信号予处理电路

2.2　单片机

频率测量电路选用89C51作为频率计的信号处理核心。89C51包含2个16位定时/计数器、1个具有同步移位寄存器方式的串行输入/输出口和4K ×8位片内FLASH 程序存储器。16位定时/计

数器用于实现待测信号的频率测量或者待测信号的周期测量。同步移位寄存器方式的串行输入/输出口用于把测量结果送到显示电路。4K ×8位片内FLASH 程序存储器用于放置系统软件。89C51与

具有更大程序存储器的芯片管脚兼容,如:89C52(8K ×8位)或89C55(32K ×8位),为系统软件升级打下坚实的物质基础。2.3　数据显示电路

显示电路采用静态显示方式。频率测量结果经过译码,通过89C51的串行口送出。串行口工作于模式0,即同步移位寄存器方式。这时从89C51的RXD (P3.0)输出数据,送至串入并出移位寄存器74164的数据输入口A 和B ;从TXD (P3.1)输出时

钟,送至74164的时钟输入口CP 。74164将串行数据转换成并行数据,进行锁存。74164输出的8位并行数据送至8段L ED ,实现测量数据的显示。使用这种方法主程序可不必扫描显示器,从而单片机可以进行下一次测量。这种方法也便于对显示位数进行扩展。

3　系统软件设计

3.1　数据处理过程

在频率计开始工作,或者完成一次频率测量,系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆

栈指针(SP )、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式。

定时/计数器的工作首先被设置为计数器方式,即用来测量信号频率。在对定时/计数器的计数寄

存器清0后,置运行控制位TR 为1,启动对待测信

号的计数。计数闸门由软件延时程序实现,从计数闸门的最小值开始,也就是从测量频率的高量程开始。计数闸门结束时TR 清0,停止计数。计数寄存器中的值通过16进制数到10进制数转换程序转换为10进制数。对10进制数的最高位进行判别,若该位不为0,满足测量数据有效位数的要求,测量值和量程信息一起送到显示模块;若该位为0,将计数闸门的宽度扩大10倍,重新对待测信号的计数,直到满足测量数据有效位数的要求。

当上述测量判断过程直到计数闸门宽度达到1s ,这时对应的频率测量范围为100Hz -999Hz ,如果测量结果仍不具有3位有效数字,频率计则使用定时方法测量待测信号的周期。定时/计数器的工作这时被设置为定时器方式,在对定时/计数器的计数寄存器清0后,判断待测信号的上跳沿是否到来。待测信号的上跳沿到来后,置运行控制位TR 为1,以单片机工作周期为单位,启动对待测信号的周期测量。然后判断待测信号的下跳沿是否到来,待测信号的下跳沿到来后,运行控制位TR 清0,停止计数。16位定时/计数器的最高计数值为65535,这样在待测信号的频率较低时,定时/计数器将发生溢出。当产生定时/计数器将溢出,程序进入定时器中断服务程序,中断服务程序对溢出次数进行计数。待测信号的周期由3个字节组成:定时/计数器溢出次数、定时/计数器的高8位和低8位。

信号的频率f 与信号的周期T 之间的关系为:

f =1/T

完成信号的周期测量后,需要做一次倒数运算才能获得信号的频率。为提高运算精度,这里采用浮点

?

33?　第3期赫建国等:基于单片机的频率计设计

数算术运算。浮点数用3个字节组成,第一字节最

高位为数符,其余7位为阶码;第二字节为尾数的高字节;第三字节为尾数的低字节。待测信号周期的3个字节定点数首先通过截取高16位、设置数符和计算阶码转换为上述格式的浮点数。然后浮点数算术运算对其进行处理,获得用浮点数格式表达的信号频率值。

浮点数到BCD 码转换模块把用浮点数格式表达的信号频率值变换成本频率计的显示格式,送到显示模块显示待测信号的频率值。无论从哪一种方式进入显示模块,完成显示后,频率计都开始下一次信号的频率测量。3.2　系统软件框图

系统软件设计采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、显示模块和信号频率测量模块等各种功能模块组成(见图4)。上电后,进入系统初始化模块,系统软件开始运行。在执行过程中,根据运行流程分别调用各个功能模块完成频率测量、量程自动切换、

周期测量和测量结果显示。

图4　系统软件流程图

3.3　浮点数学运算程序

8031系列单片机属于微控制器,由于其CPU

字长和指令功能的限制,它适用于控制领域,在信号处理方面不很擅长。在本频率计中需要完成周期到

频率的换算,为保证测量结果的准确,这里应用了浮点数数学运算。从周期到频率的换算过程包括:3字节定点数到浮点数的转换、浮点数数学运算和浮点数到BCD 码的转换。由于通过多次的转换,整个换算过程精度还不是很高,通过实测,精度大约为千分之二左右。

4　实测结果和误差分析

为了衡量这次设计的频率计的工作情况和测量

精度,我们对系统进行了试验。以南京电讯仪器厂制造的E312B 型通用计数器为基准,用这次设计的频率计对信号源进行了测量,测量数据如表1所示。

表1　频率测量对比表

E312B 频率

测量值(Hz )

5.00M 500K 50.0K5.00K 50050.0 5.000.500制作频率计测量值(Hz )

5.01M 500K 50.0K5.01K 501

50.0 5.020.502

如图3信号予处理电路所示,待测信号在进入单片机之前经过了10×2次分频。频率计以进入单片机时的信号频率等于100Hz 为基准,既待测信号频率等于2KHz 为基准,大于此频率采用频率测量,小于此频率采用周期测量。由表1频率测量对比表可以看出,频率测量的测量精度大于周期测量的测量精度。

采用计数法实现频率测量,误差来源主要有计数误差和闸门误差两部分。误差表达式为

d f /f =|dN/N|+|dt/t|这里N 为计数值,t 为闸门时间。闸门时间相对误差dt/t 主要取决于晶振的频率稳定度,选择合适的石英晶体和振荡电路,误差一般可小于10-6。当仅显示3位有效数字时,该项误差可以忽略。对于dN/N 部分,无论闸门时间长短,计数法测频总存在1个单位的量化误差。在表1中,待测信号频率大于2KHz 时的误差就来源于计数误差。增加显示的有效数字位数可降低该项误差的影响。

当待测信号频率小于2KHz 时,直接测量的是信号的周期。周期测量的误差表达式为:

dT/T =|dN/N|+|d τ0/τ0|这里dN/N 为量化误差,d τ0/τ0为晶振的频率稳定

度。在进行周期测量时进入单片机的信号频率小于100Hz ,使用12MHz 时钟这时的最小计数值为10000。当仅显示3位有效数字时,该项误差现在也

可以忽略。待测信号的周期测量值通过浮点数数学运算变换成频率值,这时的误差来源于浮点数数学运算和数制之间的转换所带来的误差。

(下转72页)

参　考　文　献

[1]　程守洙,江之永主编.普通物理学(第5版)[M].北京:

高等教育出版社,1998.

[2]　程守洙,江之永主编.普通物理学(1982年修订本)

[M].北京:高等教育出版社,1982.

[3]　马文蔚改编.物理学(第4版)[M].北京:高等教育出

版社,1999.

[4]　马文蔚改编.物理学(第3版)[M].北京:高等教育出

版社,1993.

[5]　吴百诗主编.大学物理(修订本)[M].西安:西安交通

大学出版社,1994.[6]　阎金铎等编写.普通物理教学手册[M].北京:北京师

范大学出版社,1984.

[7]　祝之光编写.物理学[M].北京:高等教育出版社,

1988.

[8]　张学恭主编.物理学[M].西安:西安交通大学出版社,

1996.

[9]　张三慧主编.大学物理学(第2版)力学[M].北京:清

华大学出版社,2000.

[10]倪光炯等编.改变世界的物理学(第2版)[M].上海:复

旦大学出版社,1999.

[11]向义和编著.大学物理导论[M].北京:清华大学出版

社,1999.

[12]中学物理教师手册[M].上海:上海教育出版社,1983.

On conditions of mechanical energy conservation

WU Heng2de

(Department of Basic Courses,Xi’an University of Post and Telecommunications,Xi’an710061,China)

Abstract:After comparing the different explanations of the conditions of mechanical energy conservation in some text-books,according to the principle of making concept clear,this paper proposes suggestion of how to teach this problem in class.

K ey w ords:mechanical energy;conditions of conservation;external force;nonconservative internal force

(上接34页)

5　结束语

本文介绍了一种基于单片机89C51制作的频率计的设计方法,所制作的频率计需要外围器件较少,适宜用于嵌入式系统。该频率计应用周期测量和相应的数学处理实现低频段的频率测量,因此很容易扩展实现信号的周期测量和占空比测量。该频率计被应用于笔者设计的“高频实验装置”之中,用来对LC振荡器和RC振荡器输出信号的频率稳定度进行测量,取得良好的应用效果。

参　考　文　献

[1]　周航慈著.单片机应用程序设计技术[M].北京:北京

航空航天大学出版社,1991.

[2]　李华等编著.MCS-51系列单片机实用接口技术

[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.

The design of the cymometer based on the microcontroller

HE Jian2guo,L IU Li2xin,DAN G Jian2hua

(Department of Electronic and Informatics Engineering,Xi’an University of Post and Telecommunications,Xi’an710061,China)

Abstract:In this paper,an intelligent cymometer based on a microcontroller is designed.By making full use of the processor89C51,it can switch automatically among different ranges to meet the needs for high accuracy and short measuring time.

K ey w ords:measure of frequency;microcontroller;data process

基于单片机的简单频率计课程设计报告

《单片机原理与接口技术》课程设计报 告 频率计

1功能分析与设计目标 (1) 2频率计的硬件电路设计 (3) 2.1 控制、计数电路 (3) 2.2 译码显示电路 (5) 3频率计的软件设计与调试 (6) 3.1软件设计介绍 (6) 3.2程序框图 (8) 3.3功能实现具体过程 (8) 3.4测试数据处理，图表及现象描述 (10) 4讨论 (11) 5心得与建议 (12) 6附录（程序及注释） (13)

1功能分析与设计目标 背景： 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，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机 用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。 题目要求： 用两种方法检测（Δm，△ T）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。 设计分析： 电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法（M法），脉冲周期测频法（T法），脉冲数倍频测频法（AM法）,脉冲数分频测频法（AT法）,脉冲平均周期测频法（M/T法），多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。 脉冲数定时测频法（M法）：此法是记录在确定时间TC内待测信号的脉冲个数MX ,则待测频率为： FX=MXZ TC 脉冲周期测频法（T法）：此法是在待测信号的一个周期TX内，记录标准频率信号变化次数MO。这种方法测出的频率是： FX=MOZTX 脉冲数倍频测频法（AM法）：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其待测频率为： FX=MXZATO 脉冲数分频测频法（AT法）：此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号 的周期扩大A倍，所测频率为: FX=AMO/Tx

单片机简易频率计课程设计

前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)

附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)

前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。

一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案

单片机课程设计报告——智能数字频率计汇总

单片机原理课程设计报告题目：智能数字频率计设计 专业：信息工程 班级：信息111 学号：*** 姓名：*** 指导教师：*** 北京工商大学计算机与信息工程学院

1、设计目的 （1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念； （2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。 （3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用： 包括放大器、滤波器、比较器、计数和显示电路等。 （4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。 2、设计要求 （1）基本要求 设计指标： 1.频率测量：0～250KHz； 2.周期测量：4mS～10S； 3.闸门时间：0.1S，1S； 4.测量分辨率：5位/0.1S，6位/1S； 5.用图形液晶显示状态、单位等。 充分利用单片机软、硬件资源,在其控制和管理下,完成数据的采集、处理和显示等工作,实现频率、周期的等精度测量方案。在方案设计中,要充分估计各种误差的影响,以获得较高的测量精度。 （2）扩展要求 用语音装置来实现频率、周期报数。 （3）误差测试 调试无误后，可用数字示波器与其进行比对，记录测量结果，进行误差分析。 （4）实际完成的要求及效果 1.测量范围：0.1Hz～4MHz，周期、频率测量可调； 2.闸门时间：0.05s～10s可调； 3.测量分辨率：5位/0.01S，6位/0.1S； 4.用图形液晶显示状态、单位（Hz/KHz/MHz）等。 3、硬件电路设计 （1）总体设计思路

本次设计的智能数字频率计可测量矩形波、锯齿波、三角波、方波等信号的频率。系统共设计包括五大模块: 主芯片控制模块、整形模块、分频模块、档位选择模块、和显示模块。设计的总的思想是以AT89S52单片机为核心，将被测信号送到以LM324N为核心的过零比较器，被测信号转化为方波信号，然后方波经过由74LS161构成的分频模块进行分频，再由74LS153构成的四选一选择电路控制档位，各部分的控制信号以及频率的测量主要由单片机计数及控制，最终将测得的信号频率经LCD1602显示。 各模块作用如下: 1.主芯片控制模块: 单片机AT89S52 内部具有2个16位定时/计数器T0、T1，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。以AT89S52 单片机为控制核心，来完成对各种被测信号的精确计数、显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。 2.整形模块：整形电路是将一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。本设计使用运放器LM324连接成过零比较器作为整形电路。 3.分频模块: 考虑单片机利用晶振计数，使用11.0592MHz 时钟时，最大计数速率将近500 kHz，因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。本设计使用的分频芯片是74LS161实现4分频及16分频。 4.档位选择模块：控制74LS161不分频、4分频或者 16分频，控制芯片是74LS153。 5.显示模块：编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示，本设计选用LCD1602。 (2)测频基本设计原理 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化 的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变 化次数N，则其频率可表示为f=N/T（右图3-1所示）。其中脉 冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等 。利用单片机的定时/计数T0、T1的定时、计数 于被测频率f x 功能产生周期为1s的时间脉冲信号，则门控电路的输出信号持图3-1

高精度单片机频率计的设计

《综合课程设计》 一．数字频率计的设计 姓名：万咬春学号2005142135 一、课程设计的目的 通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。 二、课程设计的内容和要求 1．课程设计内容 （硬件类）频率测量仪的设计 2．课程设计要求 频率测量仪的设计 要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602 上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。 三．实验原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一：（定时1s测信号脉冲次数） 用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下：

实验原理分析： 1．根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。 2．实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二（测信号正半周期） 对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx （外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下： 实验原理分析： 1．根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号 2．由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD 浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测 得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关 系。 3．由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用 该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。 而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)）如12MHZ的单片机为8Hz。 四．实验内容及步骤 1. 仿真模型的构建 数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下：

单片机课设——频率计的设计——C语言编程

沈阳工程学院 ┊┊ 课程设计 设计题目：频率计程序设计 系别自控系班级测控本091 学生姓名学号 指导教师职称教授 起止日期： 2012 年1月2日起——至2012 年1月13日止

沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：频率计程序设计 系别自控系班级 学生姓名学号 2009308119 指导教师职称教授 课程设计进行地点： F422 任务下达时间： 2012 年 1 月 2 日 起止日期：2012年1月2日起——至2012年1月13日止教研室主任 2012 年1月2日批准

频率计的设计 1.设计主要内容及要求； 编写频率计程序。 要求：1）能够测量频率并显示。 2）能够进行闸门时间选择。 2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求； （1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。 （2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。 （3）.论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。 （4）. 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。 3.时间进度安排；

沈阳工程学院 C8051F020单片机原理及应用课程设计成绩评定表

中文摘要 在人们的日常生活中，频率的测量无处不在。随着科学技术的发展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速发展，频率计的研究及应用越来越受到重视，这样对频率测量设备的要求也越来越高。单片机是一门发展极快应用方式极其灵活的使用技术。他以灵活的设计、微小的功耗、低廉的成本，在数据采集、过程控制、模糊控制、智能仪表等领域得到广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。 在电子技术测量中，频率是最基本的参数之一，设计一种快速准确的频率计显得尤为重要。该数字频率计的设计主要实现用数字显示被测信号的频率，该设计是以51单片机作为核心，与传统频率计相比该设计具有更高的测量精度和速度，具有各种中断处理能力，并且具有丰富的数字输入输出口和通信口等。该频率计的设计在软件上编写，并采用计数式测频方法，通过单片机外围电路中由振荡电路产生的闸门信号进行计时，并对整形后的被测信号进行脉冲计数以得到被测信号的频率值。由于低频信号照成了较大的量化误差，可在测量低频信号的时候延长闸门时间信号，以提高测量精度。 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、方波信号及其他单位时间内变化的物理量。在设计中应用单片机的数学运算和控制功能，来实现测量量程的自动切换，既满足测量精度的要求，又满足系统反应时间的要求。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式、测量迅速、精确度高、显示直观、所以经常用到频率计。 51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用。51系列及其衍生单片机还会在继后很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用时非常重要的。 总之，频率计的设计是进行更深层次频率测量的基石。 关键词单片机，频率测量，分频器，硬件，软件

基于单片机的数字频率计设计

江阴职业技术学院 毕业论文 课题：基于单片机的数字频率计的设计 专业电子信息工程 学生姓名冯海洋 班级０８电子信息工程（1)班 学号２008０３05107 指导教师张文洁 完成日期

目录 摘要?错误!未定义书签。 前言................................................................................................... 错误!未定义书签。第一章绪论............................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1课题背景?错误!未定义书签。 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................. 错误!未定义书签。 １．4数字频率计设计的任务与要求?错误!未定义书签。 第二章数字频率计总体方案设计............................................................... 错误!未定义书签。 １.1方案比较 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．2方案论证......................................................................................... 错误!未定义书签。 1．3方案选择......................................................................................... 错误!未定义书签。 第三章数字频率计的硬件系统设计........................................................... 错误!未定义书签。 ３.１数字频率计的硬件系统框架...................................................... 错误!未定义书签。 3.2 数字频率计的主机电路设计?错误!未定义书签。 ３.3数字频率计的信号输入电路设计................................................... 错误!未定义书签。 3.４数字频率计显示电路的设计 ........................................................... 错误!未定义书签。 ３.５数字频率计的计数电路的设计?错误!未定义书签。 3.６数字频率计电源模块的设计?错误!未定义书签。 第四章数字频率计软件系统设计?错误!未定义书签。 4.1 软件设计规划................................................................................. 错误!未定义书签。 4.１．1信号处理............................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.2中断控制................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.１定时器/计数器?错误!未定义书签。 4.2.２定时工作方式0..................................................................... 错误!未定义书签。 4.3程序流程图设计................................................................................ 错误!未定义书签。

基于51单片机的数字频率计_毕业设计

毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月

关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：

单片机数字频率计设计

目录 第一章摘要 (2) 第二章系统总体方案设计 (2) 2.1 总体思路设计 (2) 2.2 测频原理 (3) 第三章系统硬件设计 (4) 3.1 AT89S51单片机引脚的介绍 (4) 3.2 锁存器74HC573引脚的介绍 (6) 3.3 译码器74HC138引脚介绍 (7) 3.4 放大整形模块 (7) 3.5 显示模块设计 (8) 3.6 键盘电路设计 (9) 3.7 复位电路和时钟产生电路设计 (10) 3.8 +5V电源设计 (11) 3.9 系统整体原理图 (13) 第四章系统软件设计 (13) 4.1 主程序流程图 (13) 4.2子程序流程图 (14) 4.2.1中断服务子程序 (14) 4.2.2 显示子程序设计 (15) 4.2.3量程转换程序 (16) 第五章设计总结与心得体会 (17) 参考文献 (19) 附录 (20) 1、源程序 (20) 2、硬件电器总原理图 (25)

第一章摘要 在单片机技术中，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，频率计的测量就显得更为重要，测量频率的方法有多种，其中基于单片机的数字频率计时器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。本次课程设计以AT89S51单片机为控制核心，应用AT89S51单片机、单片机的I/O端口外扩驱动器74HC573和74HC138、LED动态显示等实现对外部信号频率进行准确计数的设计。电路图设计使用protel绘图软件完成，软件设计方面使用单片机汇编或C语言对各个模块进行编程，最后通过综合测试，实现满足要求的设计方案。频率测量有两种方法：一是直接测频法，即在一定时间内测量被测信号的个数；而是测周法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，测周法适用于低频信号的频率测量。 关键词：单片机；频率计；测量 第二章系统总体方案设计 设计要求： 使用单片机的定时器/计数器功能，设计频率测量装置。 （1）直接采用AT89S51单片机的I/O端口外扩驱动器,实现LED动态扫描驱动。（2）采用6位数码管显示输入单片机的外部脉冲频率。 （3）当被测频率fx<100Hz时，采用测周法，显示频率XXX.XXX；当被测频率fx>100Hz 时，采用测频法，显示频率XXXXXX。 （4）利用键盘分段测量和自动分段测量。 （5）完成单脉冲测量，输入脉冲宽度范围是100μs-0.1s，低四位显示脉冲宽度，单位为μs。 2.1 总体思路设计 以单片机AT89S51为核心，利用单片机AT89S51的计数/定时器（T1和T0）的功能来实现频率的计数，并且利用单片机的动态扫描把测出的数据送到数字显示电路显示。利用74HC573驱动数码管，显示电路共由六位LED数码管组成，总体原理框图如图2.1所示。

单片机频率计课程设计

贵州大学课程设计 任务要求 运用所学单片机原理、、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一个数字频率计。数字频率计要求如下： 1）能对0~50kHz的信号频率进行计数； 2）频率测量结果通过4位数码管显示（十进制）。 二、课程设计应完成的工作 1）硬件部分包括微处理器（MCU）最小系统（供电、晶振、复位）、频率测量和数码管显示部分； 2）软件部分包括初始化、频率计算、显示等； 3）用PROTEUS软件仿真实现； 4）画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图； 内容摘要 1.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。 2.采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时／计数器TO作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，再用软件计数方式对它计数20次，就可得到一秒的定时。

贵州大学课程设计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 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内变化的物理量。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。 1.2任务分析与设计思路 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。在本次设计使用的AT89C51单片机，本身自带有定时器和计数器，单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，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。在定时1s里，计数器计的脉冲数就是频率数，但是由于1s超过了A T89C51的最大定时，因此我们采用50ms定时，在50ms 内的脉冲数在乘以14就得到了频率数，在转换为十进制输出就可。

基于5单片机的数字频率计设计

基于5单片机的数字频率计设计

毕业论文基于51单片机的数字频率计 基于51单片机的数字频率计 目录 第1节引言 (2) 1.1数字频率计概 述…………………………………………… (2) 1.2频率测量仪的设计思路与频率的计 算…………………………………………… (2) 1.3基本设计原 理…………………………………………… (3) 第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明…………………………………………………

(5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示…………………………………………………

(12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14) 附录汇编源程序代码 (15) 基于51单片机的数字频率计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 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内变化的物理量。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。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基

数字频率计单片机

自动化与电子工程学院单片机课程设 计报告 课程名称：单片机原理与应用 学院：自动化与电子工程院 专业班级： 学生姓名： 完成时间： 报告成绩： 第10 0第2 1 1 1 1第3 1 3.1单片机最小系统 (1) 第4章软件设计 (3) 4.1系统的软件流程图 (3) 4.2程序清单 (3) 第5章课程设计总结 (3) 参考文献 (4)

附录Ⅰ仿真截图 ................................ 错误！未定义书签。附录Ⅱ程序清单 . (4)

第1章数字频率计概述 1.1数字频率计概述 数字频率计又称为数字频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，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方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用6个数码管显示6位十进制数。测量范围从10Hz—5.5kHz，精度为1%，用单片机实现自动测量功能。 基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量频率的方法对方波的频率进行自动的测量。 1.2数字频率计的基本原理 数字频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T（如图1.1所示）。 图1.1 频率测量原理 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用的办法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数；好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。缺陷是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一，在本次设计使用的AT89C51单片机，由于检测一个由“1”到“0”的跳变需要两个机器周期，前一个机器周期测出“1”，后一个周期测出“0”。故输入时钟信号的最高频率不得超过单片机晶振频率的二十四分之一。根据频率检测的原理，很容易想到利用51单片机的T0、T1两个定时/计数器，一个用来定时，另一个用来计数，两者均应该工作在中断方式，一个中断用于1s 时间的中断处理，一个中断用于对频率脉冲的计数溢出处理。 1.3单脉冲测量原理 首先设置定时器T0为方式1，在被测脉冲信号INT0的下降沿进入外部中断函数，在中断函数中启动T0计数码，被测脉冲信号下降沿停止T0计数， 脉宽测量过程见下图： 定时器T0以方式1对内部脉冲计数，16位计数值存放在40H（高字节）和41H单元

基于AT89C52单片机的简易频率计设计说明书

单片机系统开发与应用工程实习报告 选题名称:基于AT89C52单片机的简易频率计设计 系（院）: 专业:计） 班级: 姓名:学号: 指导教师: 学年学期: 2009 ~ 2010 学年第 2 学期 2010 年 5 月 30 日

摘要： 在电子技术中，频率是一个经常用到的参数之一，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，因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计一个简易数字频率计，以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时，把单片机内部的定时/计数器0作为定时器，实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI（第15引脚）输入，以定时/计数器1作为计数器，利用中断方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程，用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中，接到预先焊好的电路板上，接上待测脉冲，通电运行，数码管成功显示待测脉冲频率。 关键词：单片机；频率计；AT89C52

目录 1 项目综述 (1) 1．1 设计要求 (1) 1．2 系统设计 (1) 2硬件设计 (2) 2.1 电路原理图 (2) 2.2 元件清单 (2) 2.3 主要芯片引脚说明 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 程序流程图 (4) 3.2 软件设计简述 (5) 3.3 程序清单 (6) 4 系统仿真及调试 (10) 4.1 硬件调试 (10) 4.2 软件调试 (10) 5 结果分析 (10) 总结 (11) 参考文献 (12)

基于单片机的频率计的设计

摘要 本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。 本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。 关键词：单片机，运算，频率计，LED数码管

Abstract The program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays. The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application. Key words：microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube

AT89C51简单频率计课程设计

目录 1功能分析与设计目标 (1) 2 频率计的硬件电路设计 (3) 2.1 控制、计数电路 (3) 2.2 译码显示电路 (5) 3 频率计的软件设计与调试 (6) 3.1 软件设计介绍 (6) 3.2 程序框图 (8) 3.3 功能实现具体过程 (8) 3.4 测试数据处理，图表及现象描述 (10) 4 讨论 (11) 5 心得与建议 (12) 6 附录 (13)

1功能分析与设计目标 背景： 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，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。 题目要求： 用两种方法检测（Δm ，ΔT ）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。 设计分析： 电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法(M法)，脉冲周期测频法(T法)，脉冲数倍频测频法(AM法)，脉冲数分频测频法(AT法)，脉冲平均周期测频法(M/T法)，多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。 脉冲数定时测频法(M法)：此法是记录在确定时间Tc内待测信号的脉冲个数Mx，则待测频率为： Fx=Mx/ Tc 脉冲周期测频法(T法)：此法是在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是： Fx=Mo/Tx 脉冲数倍频测频法(AM法)：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其待测频率为： Fx=Mx/A To 脉冲数分频测频法(AT法)：此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号

基于51单片机的数字频率计的设计

1 前言 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。 1.1频率计概述 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内变化的物理量。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。传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。 1.2频率计发展与应用 在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以AT89S52为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。

2 系统总体设计 2.1测频的原理 测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。被测信号， 通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累 计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式： N fx= T 频率计数器严格地按照 N f= T 公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测频率在计数 器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的1 ±量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为： 1 () fA N δ= 应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T俩个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。 上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。 2.2总体思路 频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机AT89S52 制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频。该频率计实现10HZ~2MHZ的频率测量,而且可以实现量程自动切换功能，四位共阳极动态显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。 2.3具体模块 根据上述系统分析，频率计系统设计共包括五大模块：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。各模块作用如下：