基于单片机的数字频率计设计.pdf

基于单片机的数字频率计设计 在电子领域内，频率是一种最基本的参数，并与其他许多电参量的测量方 案和测量结果都有着十分密切的测量精度。因此，频率的测量就显示得尤为 重要，测频方法的研究越来越受到重视。频率计作为测量仪器的一种，常称 为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期，频率计的应用范围 很广，它不仅应用于一般的简单仪器测量，而且还广泛应用于教学、科研、 高精度仪器测量、工业控制等其他领域。随着微电子技术和计算机的迅速发 展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、耗 电、可靠性等方面都发生了重大的变化。目前，市场上有各种多功能、高精 度、高频率的数字频率计，但价格不菲。为适应实际工作的需要，本文考虑 以单片机（AT89 S52）为控制平台和一个 1602ALED 显示器作为显示部件设 计的一种频率计，整个设计采用定时、计数的方法测量频率，不但切实可行， 而且体积小、成本低、低功耗、精度高、可自动量程转换、保密性强、设计 简单，大大降低了设计成本和实现复杂度。频率计的硬件电路是用 PRIT EL 绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以 KELL-51 作为开发工 具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用 Proteus 仿真软件来模拟和 测试，最后通过综合调试，能实现所有要求的功能，完全满足本次设计的要 求。　　 1 设计思路　　 传统的测频仪器体积很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺点是 不以可编程，其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指 令来进行控制，无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系 统进行接口。针对这些缺点，本频率计在设计上做了改进，首先以信号放大 整形后的方波脉冲作为控制闸门信号，然后采用计数器和锁存器对不同频率 范围的信号直接进行计数来完成分频功能，分频后的信号由接口电路送给单 片机，由单片机的计数对其进行计数，最后将计数结果通过运算转变为原号 的频率数值，最后通过动态显示电路显示数值。其优点是：本频率计完全实 现了单片频率计、频率采样、与单片微机三者之间与软件接口，使得测频量 程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转换存储均 可通过单片微机的软件编程自动进行，从而实现了测频与采样工作的完全智 能化，使得本系统即可独立构成一个微型智能测频仪器的核心电路，也可作 为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。 本系统采用 AT89S52 单片机作为控制核心，把经处理的被测信号（单片机 30 脚输出经 CD4013 分频的自测信号）给单片机（P3.4 端） ，再由单片机处 理，通过 LCD 显示模块显示测得的频率值，所有的系统均由 AC220V-DC5V 底纹波电源模块供电。整体设计思路可用框图 1 表示，该设计包括 4 大模块： 1）系统控制模块；2）低纹波电源模块；3）分频自测模块（外界信号采集模 块） ；4）液晶显示模块。 图 1 整体思路框图 2 硬件部分设计　　 2.1 系统控制模块　　 系统控制采用的是一种高性能低功耗的工艺制造的 8 位 CMOS 微控制器 AT89S52 单片机，它提供下列标准特征：4K 字节的程序存储器，128 字节的 RAM，32 条 I/O 线，2 个 16 位定时器/计数器，一个 5 中断源两个优先级的 中断结构，一个双工的串行口，片上振荡器和时钟电路，单片机系统电路如 图 2 所示。 图 2 单片机系统电路