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1、摘 要电子计数器是电子测量领域中最常见的测量仪器之一，它可以测量方波和正弦波的频率、周期和脉冲宽度等时间参数。本设计主要以AT89S52作为控制单元，采用了直接测量法完成高精度频率计的设计，在软件编程中采用的是C语言。本论文由五部分组成：第一部分是绪论；第二部分是电子计数器的原理介绍；第三部分是单元电路的设计；第四部分是程序设计；第五部分是结论。系统以单片机AT89S52为核心的控制系统，不但缩短了开发研制周期，并使本系统具有结构紧凑、体积小、可靠性高、测频范围宽、精度高等特点。关键词：频率计；89S52单片机；C语言AbstractElectronic counter is the most
2、 common measure in the field of electronic measuring, it can measure many time parameters: frequency of square wave and sine wave, the time period, pulse width and so on. The AT89S52 is the mainly control unit of the design, complete the high-precision frequency meter with direct measurement, the C
3、programming language is used during Software programming. This paper consists of five parts, the first part is introduction, the second part introduces the principles of the electronic counter, and the third part is the design of the circuit unit, the fourth part is the program design, the fifth par
4、t is the conclusion. AT89S52 microcontroller is the core of the control system, shorten the deceloped cycle, and so that the system has a compact structure, small size, high reliability and wide range of frequency measurement, high precision.Key Words: Cymometer; The single chip microcomputer 89S52;
5、 C Programming Language目 录摘 要IABSTRACTII1. 绪论11.1 电子计数器概述11.2 电子计数器背景及发展趋势21.3 课题研究的意义与作用31.4 电子计数器的设计要求及技术指标42. 电子计数器的工作原理52.1 电子计数器的基本功能52.2 电子计数器的设计方案52.2.1电子计数器的分类52.2.2实现方法62.3 电子计数器的工作原理62.3.1电子计数器的基本工作原理62.3.2电子计数器的基本结构93. 硬件电路设计123.1 整形电路123.2闸门电路133.3 计数电路143.4 锁存电路163.5 显示电路173.6控制电路183.7
6、控制选择电路203.8 电源电路213.9 整体电路图214. 软件设计25结论26致谢27参考文献28附录：291. 绪论1.1 电子计数器概述电子计数器是数字电路中的一个典型应用，在实际的硬件设计中用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。电子计数器是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其它具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。因此电子计数器在测
7、量物理量方面应用广泛。本设计用C语言实现电子计数器测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。电子计数器是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用C语言编程设计实现的电子计数器，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。该电子计数器具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。 电子计数器是一
8、种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。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。测量频率的方法有多种，其中电子计数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。在数字系统中使用的最多的时序电路要算是计数器了。计数器
9、不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频，定时，产生时标脉冲和脉冲序列以及进行数字运算。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。如果用做计数器，在计数到满值或至0后，重置初始值自动开始新的计数过程，从而获得连续的脉冲输入。可编程定时器数字计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测量方波脉冲的脉宽，通常频率以数字形式直接显示出来，简便易读，即所谓的数字频率计，频率测量对生产过程监控有很重要的作用，可以发现系统运行中的异常情况，以便迅速作出处理。 AT89
10、S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入输出（I/O）口，5
11、个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。MCS51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多
12、公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C52就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的3。1.2 电子计数器背景及发展趋势当今，单片微型计算机技术迅速发展，由单片机技术开发的计数设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人才。电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，决定
13、电子计数器价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻成熟完善。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。现代电子计数器的特点是：(1)使用单片机智能控制，无须换档就可对20 HZ100MHZ信号进行测量，其显示结果可自动转换单位；(2)可测量电信号的周期、频率、脉宽、占空比，测量精度高(误差小于0001)。可广泛应用于电子实验室、电子企业及科研场所。单片机以体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段。由于微电子技术和计算机技术的发展，智能电子计数器也都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不
14、断地增加。同时随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率，除通常计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。随着大规模集成电路技术的发展及电子产品市场运作节奏的进一步加快，涉及诸如计算机应用、通信、智能仪表、医用设备、军事、民用电器等领域的现代电子设计技术已迈入一个全新的阶
15、段。在电子测量中，频率的测量精确度是非常高的。利用计数法测量频率具有精度高、使用方便、容易实现测量过程自动化等一系列突出优点，已成为目前频率测量的重要方法。人们将许多参数的测量转换为频率量来测量和处理。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，在使用过程中存在电路结构复杂，测量精度低、故障率高、维护不易等问题，其产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。1.3 课题研究的意义与作用数字频率计数器又称通用计数器，是电子测量领域中最常见的测量仪器之一。它可以测量正弦波的频率（周期），脉冲波的频率（周期），脉冲宽度等时间参数。随着单片机技术的不断发展，针对普通频率计存在读数难、测量精度低等问题,设计师们用单片机通过软件设计，采用适当的算法取代这部分得电路。这样不仅能弥补上述不足，而且性能也将大有提高。目前采用单片机控制的数字频率计, 用于测量方波、正弦波或其它脉冲信号的频率, 并用数字显示, 具有精度高、测量迅速、读数方便等优点, 已经在电子测量领域里得到了广泛应用。MCS51系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域。
