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1、摘要：电子信息产业的日新月异，使得信号频率的测量在科研和日常生活中扮演着越来越重要的角色。传统的频率计大多以逻辑电路和时序电路来实现，运行速度较慢，且测量频率的范围较小。为了避免上述弊端，本论文设计以 AT89S52 单片机为控制核心的数字频率计,采用直接测频法，用放大电路、整形电路、单片机和数字显示线路组成的硬件部分来实现。该方案测频范围满足设计要求。可测方波、正弦波、三角波，频率范围为 1HZ9999HZ。关键词：数字频率计 AT89S52 单片机 测量Abstract:Electronic information industry with each passing day, make
2、the signal frequency measurement playing a more and more important role in scientific research and daily life.Most of traditional frequency meter with logic circuits and sequential circuits to realize, so it run slower and measure the range of measuring frequency is less .In order to avoid these pro
3、blems, this paper designs the AT89S52 single chip microcomputer as the core of digital frequency meter, the direct frequency measurement method is adopted, with amplifying circuit, shaping circuit and digital display circuit, single-chip computer hardware parts.The scheme frequency measuring range m
4、eet the design requirements.Measurable square wave, sine wave, triangle wave, 1 HZ 9999 HZ frequency range.Key words: digital frequency meter AT89S52 single chip microcomputer measurement目 录第一章 绪论 .11.1 频率计的研究背景 .11.2 本课题数字频率计的研究内容 .1第二章 直接测频法与间接周期测频法 .12.1 数字频率计的原理 .12.2 方案比较与论证 .22.3 设计思路 .4第三章 系统
5、硬件设计 .43.1 系统设计概述 .43.2 主芯片模块 .53.3 放大整形模块 .63.4 数字显示模块 .73.5 系统总体原理图 .103.6 系统复位电路 .11第四章 系统软件设计 .114.1 系统软件框图 .11第五章 系统调试 .135.1 硬件调试 .135.2 软件介绍 .135.3 软件仿真结果 .14第六章 结束语 .16参考文献 .17致 谢 .18附录 .191第一章 绪论1.1 频率计的研究背景频率是电子信息领域的一个基本且重要的参数。因此，频率的测量已经成为电子测量领域最重要最基本的测量之一。数字频率计具有很多优点，如体积小、方便携带；高测量精度、强大的功能
6、，广泛的应用于科学研究、教育教学、家庭生活等领域。未来的社会，数字频率计必将得到更广泛的应用和发展。例如，将之改进一些，即可做成多用途的数字测量仪器，它不仅可以测频率，还可以测周期、脉宽等参数。早期的频率计更多的是采用 TTL 数字电路，其结构电路复杂、功耗大、成本昂贵、体积大。之后，由于大规模专用集成电路的出现和发展，频率计的制作容易了很多，但是其价格昂贵，所以利用集成电路设计的数字频率计很少。如今，单片机的高速发展，使得采用单片机实现的数字频率计的测量精度高、误差小。因而，接下来，我将介绍这种高精度、简单、可靠地基于单片机的数字频率计。1.2 本课题数字频率计的研究内容本次研究将设计出一种
7、用十进制数字直接显示被测信号频率的数字频率计.该频率计可以测量正弦波,方波,三角波的频率,且测量频率范围从 1HZ 到 10KHZ,并将测量结果直接用十进制计数显示.技术指标如下：频率测量范围：09999Hz;输入信号波形：正弦波、方波、三角波；第二章 直接测频法与间接周期测频法2.1 数字频率计的原理数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后
8、通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。数字频率计由四部分组成：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。由555 定时器，分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度 T 的方波脉冲做门控制信号，时间基准 T 称为闸门时间。宽度为 T 的方波脉冲控制闸门的一个输入端 .被测信号频率为 fx，周期 Tx，到闸门另一输入端 。当门控制电路的信号到来后，闸门开启，周期为 Tx 的信号脉2冲和周期为 T 的门控制信号通过闸门，于输出端 产生脉冲信号到计数器，计数器开始工作，直到门控信号结束，闸门关闭，单稳1 的暂态送入锁存器的使能
9、端，锁存器将计数结果锁存，计数器停止计数并被单稳态清零，在整个电路中，时基电路是关键，闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确。 因此，可得出数字频率计的原理框图2-1如下：图 2-1 数字频率计的原理框图2.2 方案比较与论证测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测频法、比较法、示波器法和计数器法等。而计数法实质上属于比较法，其中最常用的方法是电子计数器法，它是一种最常见、最基本的数字化测量仪器。因此这里着重介绍两种方法，一种是频率测量法，另一种是周期测量法。方案一：该方案采用频率测量法，它以单片机为内核，通过单片机的计数定时功能来完成频率的计数然后通过动态扫描将测出的数据发
10、送到数字显示电路进行显示。本方案将待测信号进行放大整形后直接作为计数器的计数时钟，在闸门时间 t 内利用计数器对这些脉冲进行计数所得脉冲 N，即得待测信号频率 fx=N/t.其原理框图如图 2-2 所示。信 信 信信 信 信 信 信 信 fx信信信信t信 信 信 N图 2-2 频率测量法原理框图3方案二：该方案采用周期测频法，它将被测信号加在闸门形成电路的闸门时间 t，然后在计数器时钟输入端送上周期 T0 的计数脉冲，即可计算出被测信号的周期 Tx=N*T0。然后周期的倒数就是被测信号的频率了。其原理框图如图 2-3 所示：信 信 信信 信 信 信 T0 信 信 信 N信 信 信 信 信 信信
11、 信 信 信 信 信 Tx2-3 周期测频法原理框图方案一：测量误差:(1)tfx ft*1其中技术误差为 ；闸门时间相对误差为 。ft*1方案二:测量误差:(2)T0xT其中技术误差为 ；计数时钟的相对误差为 ；x0根据（2）式可以看出，待测信号的周期越大，则测量误差越小。若测量多个周期的，则误差会更小。由于本设计要求测量频率为低频，频率范围较小，原理电路简单，调试简单，只要改变程序的设定值就可以实现不同频率范围的测量。因此本设计采用方案一直接测频法。2.3 设计思路根据设计任务与要求，设计思路如下：系统的主要功能为能测量正弦波、方波、三角波的频率,且测量频率范围从 1HZ 到 10KHZ,
12、4并将测量结果直接用十进制计数显示。系统模块有：主芯片控制模块、放大整形模块以及可控制的数字显示电路。具体实现过程：将信号放大整形后的方波对待测信号通过接口电路直接传送给单片机，然后经过单片机的计数器对其计数，最后由数字显示电路显示所测得信号的数值。第三章 系统硬件设计3.1 系统设计概述本频率计的设计以 AT89S52 单片机作为核心部件。它由主芯片控制模块、放大整形模块以及可控制的数字显示电路组成。主芯片控制模块基于 AT89S52 单片机来完成对被测信号的计数，译码以及显示控制，利用它内部的定时/计数器来测量待测信号的频率以及周期。放大整形模块：通过放大电路对被测信号放大，增强信号，使得芯片能正常测得信号的频率。整形电路即是将被测信号
