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1、 基于单片机的计数频率计的设计Count Cymometer Design Based On Single-chip Microcomputer基于单片机的频率计摘要：数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用于航天、电子、测控等领域，还被应用在计算机及各种数学仪表中。一般采用的是十进制数字，显示被测信号频率。基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变坏的物理量。由于其使用十进制数显示，测量迅速精确，显示直观，所以经常被用来使用。本文主要介绍数字频率计的设计和调试，本作品是基于STC89C52单片机作为平台，基本原理是通过STC89C52单片机进行频率的采集和分析工作，在通过程
2、序使其显示在LCD1602的液晶显示屏上，通过液晶显示屏，让使用者能够直观的看到当前的输入频率是多少。由于STC89C52单片机只能处理数字信号因此系统需要先把信号放大成方波信号，再通过施密特触发器整形方波，又由于单片机能处理的频率有限，所以这次我们先用74HC390芯片对输入的信号进行了分频，使其降低了100倍，才送去给单片机处理，如果频率高于200KHZ的时候就计算分频后的频率，得到数据再换算成真实的频率。关键词：单片机， LCD显示屏，分频器Based on single-chip microcomputer in frequency meter Abstract: Digital fr
3、equency meter is a measuring instrument. It is widely used in the fields of aerospace, electronics, measurement and control, is also used in computer and mathematical instruments. Generally use decimal numbers showed that the signal frequency. Basic functions of measuring sine signal square wave sig
4、nal time and various other units of physical quantities. Because of its use of decimal number displays, measuring speed and precision, direct display, so often used to use.This paper describes the design and debugging of digital frequency meter, this work is based on the STC89C52 microcontroller as
5、a platform of principles is conducted through the STC89C52 single-chip frequency of collection and analysis, in LCD1602 through the procedure so that it appears on the LCD screen, LCD display, users can visually see the current input frequency is.Due to STC89C52 single tablets machine only processin
6、g digital signal so system need first put signal zoom square wave signal, again through Schmidt triggers plastic square, and due to single tablets function processing of frequency limited, so this we first with 74HC390 chip on entered of signal for has crossover, makes its reduced has 100 times time
7、s, only sent to to single tablets machine processing, if frequency above 200KHZ of when on calculation crossover Hou of frequency, get data again conversion into real of frequency.Keywords: MCU, LCD screen, dividerII目 录1. 引言11.1 目的和意义11.2 研究概况与发展趋势11.3 本文主要内容22. 总体方案论证与设计22.1主控模块的选型和论证22.2显示模块的选型和论证
8、32.3放大电路的选型和论证32.4系统整体设计概述42.5 系统主要功能43.系统硬件电路设计43.1三极管放大电路设计43.2整形模块设计53.2.1施密特触发器芯片介绍63.3.2 74HC14电路设计73.3分频模块设计73.3.1 74HC390芯片介绍73.3.2 74HC390分频电路设计83.4主控模块83.4.1 STC89C52单片机主要特性93.4.2 STC89C52单片机的中断系统123.4.3 单片机最小系统设计133.5 LCD液晶显示器简介133.5.1 液晶原理介绍133.5.2液晶模块简介143.5.3液晶显示部分与STC89C52的接口154.系统软件设计
9、164.1系统软件总体设计164.2程序设计原理175.系统调试及其实物测试结果分析195.1硬件调试195.2软件调试195.3实物测试195.4结果分析216.结论22参考文献23谢辞25附录126附录2271. 引言1.1 目的和意义在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高精确度。国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。一
10、、通用型计数器：通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。二、专用计数器：专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为基础的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、阈值计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和自控技术等方面。数字频率计按频段分类：低速计数器：最高计
11、数频率10MHz；中速计数器：最高计数频率10100MHz；高速计数器：最高计数频率100MHz；微波频率计数器：测频范围180GHz或更高。由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。可见，频率计是很有工业价值的。本作品即为一个基于单片机的数字频率计，它通74HC390芯片进行分频，克服了单片机难以处理高频信号的困难，并使用LCD1602液晶显示进行显示。1.2 研究概况
12、与发展趋势由于当今社会的需要，对信息传输和处理的要求不断提高，对频率的测量的精度也需要更高更准确的时频基准和更精密的测量技术。而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。目前，测量频频的方法有直接测频法、内插法、游标法、频差倍增法等等。直接测频的方法较简单，但精度不高。频差倍增多法和周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法，这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号的相位起伏扩大，再通过混频器获得差拍信号，用电子计数器在低频下进行多周期测量，能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下，得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度，但是仍然存在着
13、时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。在电子系统广泛的应用领域中，到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱和电视、航空通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中都用到数字技术。 数字频率计是现代通信测量设备系统中必不可少的测量仪器，不但要求电路产生频率的准确度和稳定度都高的信号，也要能方便的改变频率。 数字频率计的实现方法主要有：直接式、锁相式、直接数字式和混合式（1）直接式优点：速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。 （2）锁相式优点：相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。 （3）直接数字式优点：电路稳定、
14、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。1.3 本文主要内容本文设计制作一个基于单片机的频率计。2. 总体方案论证与设计根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、时钟模块、温度检测模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。2.1主控模块的选型和论证方案一：采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个I
15、O口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。2.2显示模块的选型和论证方案一采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。方案二采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案三采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个LCD1602的液晶屏即可，价格也还能接受，需要的借口线较多，但会给调试带来诸多方便。所以本设计中方案三中的LCD1602液显示屏作为显示模块。2.3放大电路的选型和论证方案一采用集成运放作为放大电路，该电路只需要在外部配置少量电阻电容则能完成放大功能，十分方便设计，但是本设计需要放大1HZ到10MHZ的信号，通频带比较宽，因
