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1、基于单片机的数字频率计设计摘 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。 目录第一章 前言-11.1频率计概述 -11.2频率计发展与应用- 1.
2、3频率计设计内容- 第二章 系统总体方案设计- 2.1频率测量原理- 2.2频率测量方法- 2.4设计模块- 第三章 硬件电路的具体设计- 3.1 信号处理电路- 3.1.1放大整形电路的必要性- 3.1.2 放大整形电路的原理 - 3.2 分频模块设计- 3.3 单片机控制模块- 3.3.1 AT89C52简介 - 3.4 ADC0832简介与应用- 3.4.1 ADC0832简介- 3.4.2 ADC0832特点 - 3.4.3 单片机对ADC0832的控制- 3.5 显示模块- 第四章 系统的软件设计- 第五章 频率计的系统调试- 5.1 放大整形电路调试-5.1.1 放大电路调试- 5
3、.1.2整形电路调试- 5.2分频电路调试- 5.3 软件调试- 5.3.1 Pouteus软件调试- 5.3.2 - 第一章 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
4、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，体积小等优点。1.2频率及发展与应用在我国，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
5、、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AT89C52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。1.3频率计设计内容利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下：1测量范围1HZ50kHZ；3.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形；2用液晶显示屏显示测量值。第二章 系统总体方案设计2.1频率测量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。也就是在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示
6、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。2.2频率测量方法 频率测量是电子测量领域的最基本测量，通常有两种方法。 （1）计数法。指在一定的时间间隔T内，对输入的周期信号脉冲计数为N，则信号的频率为F=N/T。测量的相对误差为1/N*100%。这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，相对误差越小。 （2）测周法。这种方法用计量在被测信号一个周期内频率为f的标准信号的脉冲数N来间接测量频率，F=f/N。显然，被测
7、信号的周期越长（频率越低），测得的标准信号的脉冲数N越大，相对误差越小。2.3总设计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AT89C52 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计数法，测量较低频率值时采用测周法。该频率计实现1HZ50KHZ的频率测量, 可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。2.4设计模块根据上述系统分析，频率计系统设计共包括四大模块：单片机控制模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。各模块作用如下：1、单片机控制模块：以AT89C52单片机为控制核心，
8、来完成它待测信号的计数，译码，和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。单片机AT89C52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时中断要求的功能。2、放大整形模块：放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求。整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。3、分频模块：考虑单片机外部计数，使用12 MHz时钟时，最大计数速率为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。4、显示
9、模块：采用液晶显示屏显示。综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、放大整形模块、分频模块及显示模块等组成。第三章 硬件电路的具体设计3.1信号处理电路3.1.1放大整形电路的必要性因为在单片机计数中只能对脉冲波进行计数，而实际中需要测量频率的信号是多种多样的，有脉冲波、还有可能有正弦波、三角波等，所以需要一个电路。把待测信号转化为可以进行计数的脉冲波。所以需要设计一个整形电路，则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成脉冲波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱情况，所以在通过整形之前需要进行放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度
10、较小时，则调节输入放大的增益，被测信号得以放大。因为单片机的I/O口需要达到一定的电压才能够导通，因此必须要保证输入信号足够强。其次，单片机对输入信号是通过采样的方式进行辨识的，如果信号没有经过整形，存在较多毛刺，或者高低不同的电平，那会使采样的误差较大，失真度较高。3.1.2.放大整形电路的原理 放大整形电路包括信号放大和信号整形，运算放大器采用UA741构成，整形电路采用555，利用施密特触发器将边缘缓慢变化的周期信号如三角波，正弦波的模拟信号变换成同频率的矩形脉冲。3.2分频模块设计由于本次设计的测量频率范围为1-1MHZ，量程范围较大，单片机不能直接测量，需要先将频率范围分段，对于不同
11、的频率段需要采用不同的分频。本设计采用两个74HC393计数器，连接成一个分频电路。74HC393由两个2分频，2个4分频，2个8分频，2个16分频组成，若选用2分频的话外围电路需要的器件较多，若选用16分频则误差相对较大。为了减小误差及减小复杂度，本设计采用8分频，选用一个393最多用到2个8分频端。用软件控制RESET，并且时钟下降沿有效。当时钟信号为低电平时，计数器加1。实现频率的测量。图2-6为具体设计出的分频电路图，本次设计分频电路根据测量频率范围要求，用到了2个74HC393分频器U3:A、U3:B组成。经过放大整形后的方波直接进入第一次分频用到的U3:A分频器，2个393分频器均利用Q3输出8分频。 3.3单片机控制模块 3.3.1 AT89C52简介 AT89C52是高性能CMOS-8位单片机，片内具有8K bytes的可反复
