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1、基于51单片机控制的频率计要求： 1、熟练运用单片机编程语言。2、熟练运用Protel99软件。3、原理图正确。4、主程序调试正确技术指标：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1Hz10kHz的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。 据软硬件的设计，编写主程序，画出主程序流图， MATLAB仿真； 运用Protel99软件绘制出电路原理图目录 第一章 前言.1 1.1 课题研究的背景及意义1 1.2 频率计的工作原理，现状及发展趋势1 第二章 系统概述.2 2.1 系统组
2、成2 2.2 处理方法3 2.3 频率计的量程自动切换4 2.4 频率测量的实现方法5 2.4.1 内部计数器计数法.5 2.4.2 外部计数器计数法.6 2.4.3 测周期法.7 第三章 系统硬件设计.8 3.1 系统硬件的构成.8 3.2 信号预处理电路.11 3.3 AT89C51单片机及其引脚说明.12 3.4 数据显示电路模块.14 第四章 系统软件设计.19 4.1 数据处理过程.19 4.2 系统软件框图.20 4.3 浮点数学运算程序.21 4.4 单元程序的设计.21 4.4.1 1s定时.21 4.4.2 T1计数程序.23 4.4.3 频率数据采集.24 4.4.4 进制
3、转换.24 4.4.5 数码显示.28 第五章 总结.33 参考文献.34 附录 频率计系统总体程序.35 1 第一章 前言 频率计是一种测量信号频率的仪器，在教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等领域都有较广泛的应用。频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号的频率。随着单片机技术的不断发展，单片机能实现更加灵活的逻辑控制功能，具有很强的数据处理能力，可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率，能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且频率计性能也将大幅提高。采用单片机AT89C51作为系统控制单元，辅以适当的软、硬件资源完成以单片机为核心的频
4、率计设计。本文介绍了基于AT89C51单片机设计频率计通常采用的3种方法（内部计数器计数法、外部计数器计数法、测周期法），并对每种设计方法存在的优缺点及其适应性进行了阐述。 1.1 课题研究的背景及意义 随着无线电技术的发展与普及，“频率”已经成为广大群众所熟悉的物理量。而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃。然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域发挥非常重要的作用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。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后继很长一段
5、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、原理和使用是非常重要的。 1.2频率计的工作原理，现状及发展趋势 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fx。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
6、续时间亦准确地等于1s。 2 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。 单片机是20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。而频率计由单片机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
7、、波形变换、波形整形和分频电路。因此，由89C51单片机控制的频率计未来发展前景还是很大的，发展趋势时朝着智能化方面发展。 第二章 系统概述 2.1系统组成 频率计由单片机AT89C51、信号预处理电路、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2.1所示。信号预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
8、入信号。 图2.1 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2.2所示 图2.2 系统软件框图 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
9、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-99.9KHz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
10、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。 2.4 频率测量的实现方法 2.4.1 内部计数器计数法 其工作原理如图2.3所示。该方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数，其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。这种方法的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几十分之一。本次设计使用的AT89C51单片机，将其内部计数定时器T1的功能设为计数，T0设为定时。频率信号由T1端引入。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。而且由于定时不能达到1s，所以要多次引起片内定时器的溢出中断，而由此会引起测频的误差。所以要进行修正。程序设计也比较简单，只用到了修正，BCD码的转换和显示，而修正主要根据机器周期来设定。 6 图2.3 内部计数器计效法工作原理 2.4.2 外部计数器计数法 其工作原理如图2.4所示。该方法是单片机使用外部计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取
