1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機數(shù)字頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)目 錄 TOC o 1-3 u 目 錄 PAGEREF _Toc295207444 h I摘 要 PAGEREF _Toc295207445 h IIIAbstract PAGEREF _Toc295207447 h IV第一章緒 論 PAGEREF _Toc295207449 h 11.1 頻率計概述 PAGEREF _Toc295207450 h 11.2 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況 PAGEREF _Toc295207451 h 11.3 本課題研究背景及主要研究意義 PAGEREF _Toc295207452 h 2 PAGERE

2、F _Toc295207453 h 2第二章數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc295207454 h 4控制電路 PAGEREF _Toc295207455 h 42.2 單片機部分 PAGEREF _Toc295207456 h 52.3 數(shù)據(jù)顯示電路 PAGEREF _Toc295207457 h 62.4 軟件設(shè)計流程圖 PAGEREF _Toc295207458 h 9第三章頻率測量原理 PAGEREF _Toc295207459 h 103.1 測量頻率的原理 PAGEREF _Toc295207460 h 103.2 直接測頻法 PAGEREF _Toc29520746

3、1 h 10第四章系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc295207462 h 114.1 功能實現(xiàn) PAGEREF _Toc295207463 h 114.2 硬件部分設(shè)計 PAGEREF _Toc295207464 h 114.2.1 信號放大電路 PAGEREF _Toc295207465 h 114.2.2 單片機AT89C52 PAGEREF _Toc295207466 h 124.2.3 測量數(shù)據(jù)顯示電路 PAGEREF _Toc295207467 h 134.3 硬件電路工作過程 PAGEREF _Toc295207468 h 144.3.1 直接測頻法的工作流程 PAGEREF _

4、Toc295207469 h 15第五章 數(shù)字頻率計的設(shè)計與仿真 PAGEREF _Toc295207472 h 17電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc295207473 h 17電路設(shè)計的內(nèi)容和方法 PAGEREF _Toc295207474 h 17電路設(shè)計的步驟 PAGEREF _Toc295207475 h 185.2 數(shù)字頻率計的仿真 PAGEREF _Toc295207476 h 19第六章 減小誤差措施及擴展方面 PAGEREF _Toc295207477 h 23減小誤差措施 PAGEREF _Toc295207478 h 23擴展方面 PAGEREF _Toc2952074

5、79 h 236.3 功能上的完善 PAGEREF _Toc295207482 h 246.3.1 增加鍵盤控制 PAGEREF _Toc295207483 h 246.3.2 實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc295207484 h 246.3.3 液晶顯示器（LCD）進行數(shù)據(jù)的顯示 PAGEREF _Toc295207485 h 24結(jié) 論 PAGEREF _Toc295207487 h 25參考文獻 PAGEREF _Toc295207488 h 26附 錄 PAGEREF _Toc295207490 h 281硬件設(shè)計原理圖： PAGEREF _Toc295207491 h 2

6、82 數(shù)字頻率計測量頻率程序： PAGEREF _Toc295207492 h 29基于單片機數(shù)字頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要本文提出設(shè)計數(shù)字頻率計的方案，重點介紹以單片機AT89C52為控制核心，實現(xiàn)頻率測量的數(shù)字頻率設(shè)計。測頻的基本原理是采用在底頻段直接測頻法，在底頻段直接測頻法的設(shè)計思路，硬件部分由放大電路和整形電路 ，單片機和數(shù)計顯示電路組成；軟件部分由信號頻率測量模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊等模塊實現(xiàn)。應(yīng)用單片機的控制功能和數(shù)學(xué)運算能力，實現(xiàn)計數(shù)功能和頻率的換算。設(shè)計的頻率計范圍能夠達到1HZ1MHZ,滿足所要求的頻率范圍，測量精度較高。關(guān)鍵詞:數(shù)字頻率計; 單片機AT89C52; 頻率測第一章緒

7、 論1.1 頻率計概述頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域的一個基本參數(shù)，同時也是一個非常重要的參數(shù)，因此，頻率測量已成為電子測量領(lǐng)域最基本最重要的測量之一。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展提高，人們對科技產(chǎn)品的要求也相應(yīng)的提高，數(shù)字化的電子產(chǎn)品越來越受到歡迎1 張國興.用單片機制作數(shù)字頻率計J.電子制作，2005，(2)：32. 。頻率計作為比較常用和實用的電子測量儀器，廣泛應(yīng)用于科研機構(gòu)、學(xué)校、家庭等場合，因此它的重要性和普遍性勿庸質(zhì)疑。數(shù)字頻率計具有體積小、攜帶方便；功能完善、測量精度高等優(yōu)點，因此在以后的時間里，必將有著更加廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。比如：將數(shù)字頻率計稍作改進，就可制成既可測頻率，又能測周期、占

8、空比、脈寬等功能的多用途數(shù)字測量儀器。將數(shù)字頻率計和其他電子測量儀器結(jié)合起來，制成各種智能儀器儀表，應(yīng)用于航空航天等科研場所，對各種頻率參數(shù)進行計量；應(yīng)用在高端電子產(chǎn)品上，對其中的頻率參數(shù)進行測量；應(yīng)用在機械器件上，對機器振動產(chǎn)生的噪聲頻率進行監(jiān)控；等等。研究數(shù)字頻率計的設(shè)計和開發(fā)，有助于頻率計功能的不斷改進、性價比的提高和實用性的加強。以前的頻率計大多采用TTL數(shù)字電路設(shè)計而成，其電路復(fù)雜、耗電多、體積大、成本高。隨后大規(guī)模專用IC（集成電路）出現(xiàn)，如ICM7216，ICM7226頻率計專用IC，使得頻率計開發(fā)設(shè)計變得簡單，但由于價格較高，因此利用IC設(shè)計數(shù)字頻率計的較少?，F(xiàn)在，單片機技術(shù)發(fā)

9、展非常迅速，采用單片機來實現(xiàn)數(shù)字頻率計的開發(fā)設(shè)計，實現(xiàn)頻率的測量，不但測量準確，精度高，而且誤差也很小。在這里，我們將介紹一種簡單、實用的基于單片機AT89C52的數(shù)字頻率計的設(shè)計和制作。 1.2 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況由于當(dāng)今社會的需要，對信息傳輸和處理的要求不斷提高，對頻率的測量的精度也需要更高更準確的時頻基準和更精密的測量技術(shù)。而頻率測量所能達到的精度，主要取決于作為標(biāo)準頻率源的精度以及所使用的測量設(shè)備和測量方法。目前，測量頻頻的方法有直接測頻法、內(nèi)插法、游標(biāo)法、頻差倍增法等等。直接測頻的方法較簡單，但精度不高。頻差倍增多法和周期法是一種頻差倍增法和差拍法相結(jié)合的測量方法，這種方法是將

10、被測信號和參考信號經(jīng)頻差倍增使被測信號的相位起伏擴大，再通過混頻器獲得差拍信號，用電子計數(shù)器在低頻下進行多周期測量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時間情況下，得到比測頻法更高的系統(tǒng)分辨率和測量精度2 李建忠.單片機原理及應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.1.，但是仍然存在著時標(biāo)不穩(wěn)而引入的誤差和一定的觸發(fā)誤差。在電子系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，到處看見處理離散信息的數(shù)字電路。供消費用的冰箱和電視、航空通訊系統(tǒng)、交通控制雷達系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計過程中都用到數(shù)字技術(shù)。 數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中必不可少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)生頻率的準確度和穩(wěn)定度都高的信號，也要能方便的改

11、變頻率。 數(shù)字頻率計的實現(xiàn)方法主要有：直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式（1）直接式優(yōu)點：速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達中。 （2）鎖相式優(yōu)點：相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 （3）直接數(shù)字式優(yōu)點：電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。 1.3 本課題研究背景及主要研究意義 因為數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域必不可少的測量儀器，所以頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。本課

12、題采用的是直接測頻式的頻率計，設(shè)計原理簡單、電路穩(wěn)定、測量精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。 .數(shù)字頻率計的種類現(xiàn)在市面上通常使用的數(shù)字頻率計主要有以下幾種：（1）采用中小規(guī)模數(shù)字集成電路，用機械式功能轉(zhuǎn)開關(guān)換擋，完成頻率，周期 以及脈寬等功能的計數(shù)器。此種數(shù)字頻率計是較早時期的電子產(chǎn)品，到現(xiàn)在中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)不斷完善時，它的應(yīng)用也不斷得到加強。但很明顯，此種數(shù)字頻率計已處于淘汰階段，由于其自身不具備智能化、自動化，完全借助于機械示的操作，對一些智能的頻率計功能已無法完成，所以，現(xiàn)在使用這種數(shù)字頻率計的已經(jīng)很少。（2）采用現(xiàn)場可編程門陣列（CPLD/FPGA）作為系統(tǒng)控制核心制成的數(shù)字頻率

13、計。它通過EDA技術(shù)和硬件描述語言（VHDL）對進行數(shù)字頻率計的設(shè)計。這種技術(shù)是在近幾年才發(fā)展起來的新技術(shù)，具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。（3）采用單片機為系統(tǒng)控制核心的數(shù)字頻率計。這種數(shù)字頻率計具有非常明顯的優(yōu)勢：體積小，所用芯片少，精度高，測量范圍廣，易于擴展功能，智能化、自動化強度高，便于控制。因此采用單片機技術(shù)設(shè)計數(shù)字器件已逐漸成為主流。第二章數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題設(shè)計的是一種以單片機為主控制的頻率計。該頻率計首先是以信號放大整形后的方波對不同頻率范圍的信號直接由接口電路送給單片機, 由單片機的計數(shù)器對其進行計數(shù),最后通過顯示電路顯示數(shù)值。數(shù)字頻率計主要由以下幾部分組成3 唐俊翟，

14、許雷，張群瞻.單片機原理與應(yīng)用M.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.6 .：（1）時基電路；（2）邏輯控制電路；（3）可控制的顯示電路。因為單片機內(nèi)部振蕩頻率很高, 所以一個機器周期的量化誤差相當(dāng)小, 可以提高低頻信號的測量的準確性。 本課題主要是以單片機AT89C52 為核心, 通過計數(shù)電路, 以及軟件程序的編寫, 實現(xiàn)脈沖頻率的顯示。整體設(shè)計思路可用框圖2.1 表示。框圖中各部分的作用及所采用的器件說明如下：待測信號 AT89C52單片機 停止譯碼 有效位判斷？否是數(shù)據(jù)顯示電路 圖2.1 設(shè)計思路框圖2.1控制電路 如圖2.2 ，圖2.3所示， 控制電路是整機電路設(shè)計成敗的關(guān)鍵。它邏輯性強，

15、時序關(guān)系配合得當(dāng)?？刂齐娐返淖饔檬牵寒a(chǎn)生一鎖存保持信號，使1S內(nèi)的計數(shù)結(jié)果顯示一段時間，以便觀察，下一步輸出一清零脈沖，使計數(shù)器的原紀錄數(shù)據(jù)清零，準備下次計數(shù)?？刂齐娐樊a(chǎn)生的鎖存信號應(yīng)在1S計數(shù)結(jié)束，清零信號應(yīng)在鎖存信號產(chǎn)生后產(chǎn)生4 公茂法，孫皓，呂常智.簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計與分析J.山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)， 1999，18(2)：44-49。在實際應(yīng)用中，選用可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路74HC00實現(xiàn)，用0.5S脈沖直接作為單穩(wěn)態(tài)電路的外觸發(fā)信號，其引腳如圖2.2所示。 圖2.2 整形電路 圖2.3 邏輯控制電路2.2 單片機部分 本次設(shè)計采用了AT89C52 單片機, AT89C52是

16、低電壓, 高性能CMOS8 位單片機, 片內(nèi)含8kbyte 所示 圖2.4 AT89C52引腳圖系統(tǒng)板上硬件連線 ：（1）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0P0.7與“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中ABCDEFGH端口用8芯排線連接。（2 把“單片機系統(tǒng)”“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。 （3）把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.4（T0）端子用導(dǎo)線連接到“頻率產(chǎn)生器”區(qū)域中的WAVE端子上。 數(shù)據(jù)顯示電路數(shù)據(jù)顯示電路由限流電路和7段數(shù)碼管組成, 采用器件LED 顯示器。LED 顯示器的結(jié)構(gòu)由發(fā)光二極管構(gòu)成a、b、c、d、e、f和g 七段, 并由此得名。本設(shè)計中采用了

17、六個七段數(shù)碼管進行數(shù)據(jù)顯示, 將六個數(shù)碼管串接起來進行顯示, 顯示數(shù)據(jù)即是對頻率計的測量結(jié)果。如圖2.5所以： 圖2.5 顯示電路圖其流程框圖如圖2.6所示。開 始置段碼、位選碼初值位選碼送P2口段選碼轉(zhuǎn)字型碼段選碼送P0口位選碼左移1位指向下一個顯示單元顯示完？延時1ms返 回NY圖2.6 LED動態(tài)顯示流程圖要顯示的數(shù)據(jù)以BCD碼的方式存放在單片機RAM的存儲單元中。首先將位選碼、段選碼初始化賦值，分別送單片機端口，通過查表將存儲單元的數(shù)據(jù)送LED顯示；調(diào)延時程序，指向下一個顯示單元，直到所有位顯示完退出。在通過軟件實現(xiàn)動態(tài)顯示的時候6 徐煜明，韓雁.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)

18、出版社，2005.5 ，需要用到字型碼查表圖，現(xiàn)將表1列出下：表1 七段LED顯示器共陽極字型碼顯示字符gfedcbadp字型碼（共陰極）001111110C0H100001100F9H210110110A4H310011110B0H41100110099H51101101092H61111101082H700001110F8H81111111080H91101111090HA1110111088Hb1111100083HC01110010C6Hd10111100A1HE1111001086HF111000108EH.0000000108H全亮1111111100H全滅00000000FFH2

19、.4 軟件設(shè)計流程圖 所示。為使圖1所示流程能順利地完成預(yù)期的功能, 在初始化部分, 計數(shù)部分, 4byte 除法部分, 數(shù)據(jù)顯示部分都分別設(shè)計了流程圖。完成信號的周期測量后, 需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。為提高運算精度, 這里采用4byte 定點算術(shù)運算, 需要自行編寫4byte 出發(fā)指令, 即組成4byte除法部分。開始 入口 系統(tǒng)初始化 頻率計數(shù) 顯示 圖2.7 軟件設(shè)計流程圖第三章頻率測量原理在電子技術(shù)中, 頻率是最基本的參數(shù)之一, 并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系,本次設(shè)計的頻率測量系統(tǒng)以單片機AT89C52 為核心, 采用C語言和直接測量方法, 成功

20、地實現(xiàn)了寬領(lǐng)域, 高精度的數(shù)字頻率計的設(shè)計和仿真。3.1 測量頻率的原理在測量過程中定時/計數(shù)器T0和T1的工作方式設(shè)置，由圖可知，T0是工作在計數(shù)狀態(tài)下，對輸入的頻率信號進行計數(shù)，但對工作在計數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計數(shù)值為fOSC/24，由于fOSC12MHz，因此：T0的最大計數(shù)頻率為1mHz。對于頻率的概念就是在一秒只數(shù)脈沖的個數(shù)，即為頻率值。所以T1工作在定時狀態(tài)下，每定時1秒中到，就停止T0的計數(shù)，而從T0的計數(shù)單元中讀取計數(shù)的數(shù)值，然后進行數(shù)據(jù)處理。送到數(shù)碼管顯示出來。T1工作在定時狀態(tài)下，最大定時時間為65ms，達不到1秒的定時，所以采用定時50ms，共定時20次，即可完成1秒的定

21、時功能。3.2 直接測頻法頻率測量的基本原理如圖3.1所示。計數(shù)器顯示 控制過程時間閘門晶體振蕩放大整形圖3.1 直接測頻法的原理框圖圖中晶體振蕩提供了測量的時間基準，經(jīng)放大整形后的測量信號進入計數(shù)器進行計數(shù)，再由顯示電路顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。第四章系統(tǒng)設(shè)計4.1 功能實現(xiàn) 本次采用單片機設(shè)計的數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)以下幾個功能：（1）用6位數(shù)碼管顯示HZ、KHZ、MHZ三個頻段的待測脈沖信號的頻率值。（2）頻率測量范圍從1HZ1mHZ。（3）能測量正弦波，三角波，鋸齒波等多種波形信號的頻率值。4.2 硬件部分設(shè)計頻率計由單片機AT89C52 、信號預(yù)處理電路、測量數(shù)據(jù)顯示電路所組成，其中信號預(yù)處理電路包

22、括待測信號放大、波形變換、波形整形和分頻電路。系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖如圖4.1所示。待測電路放大電路波形變換、整形 單片機 顯示電路 圖4.1 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖 信號放大電路采用兩個NPN三極管級聯(lián)方式實現(xiàn)對待測信號的放大,降低對待測信號的幅度要求。如圖4.2 所示。 前一個三極管采用共集電極方式，主要是為了獲得比較寬的頻帶，并不具有實質(zhì)性的放大作用。后一個三極管采用共發(fā)射極方式，主要作用是放大非常弱的輸入脈沖信號，一般通過它的放大后，其電壓可以達到3伏以上。為了消除不必要的噪聲信號干擾，在兩級放大電路中都可以加入濾波電容，保證待測信號的穩(wěn)定。 圖4.2 放大電路 單片機AT89C52在實際的設(shè)計中

23、，將AT89C52的P1口設(shè)置為接收數(shù)據(jù)端口，將P3口設(shè)置為第二功能。用于直接測頻率時脈沖信號的計數(shù)端；用于定時8 劉雪根.數(shù)字頻率計的誤差分析J.自動化與儀表，1996，11(3)：23-24.。將P0口和P2口設(shè)置為發(fā)送數(shù)據(jù)端口。P0口的各引腳接到RP1的輸入端，用于段驅(qū)動；P2口用于位驅(qū)動。單片機復(fù)位端（RST晶體振蕩器電路如圖4.4所示： 圖4.3 單片機復(fù)位電路 圖4.4 晶體振蕩器電路 測量數(shù)據(jù)顯示電路如圖4.5所示。一般而言，數(shù)據(jù)顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通和截止。它的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，顯示亮度大；缺點是使用的

24、數(shù)碼管數(shù)量少。正是因為它的這個缺點和本設(shè)計的要求，數(shù)字頻率計的顯示電路選擇了采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)顯示，就是LED顯示器一位一位地輪流電亮（掃描）。對于每一位LED顯示器來說，每隔一段時間點亮一次9 徐成，劉彥，李仁發(fā)等一種全同步數(shù)字頻率測量方法的研究M電子技術(shù)應(yīng)用，2004，07. 。LED 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與LED顯示器點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整LED顯示器的導(dǎo)通電流和時間比例參數(shù)，可以實現(xiàn)較高亮度且穩(wěn)定的顯示。具體工作過程是：LED顯示器采用共陰極動態(tài)顯示形式，6位LED用兩塊四位集成的數(shù)碼管連接組成。頻率計數(shù)結(jié)果以BCD碼的形式存放在89C52的存儲單元

25、中，通過P0口接到74LS245上，控制6位LED的段選碼；通過P2口接到74AC08上，控制6位LED的位選碼。RP1是8位總線驅(qū)動器，由芯片上的T/引腳（1腳）控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。當(dāng)T/=1時，數(shù)據(jù)從A端傳送到B端；當(dāng)T/=0時，數(shù)據(jù)從B端傳送到A端。根據(jù)本設(shè)計的原理圖知，數(shù)據(jù)是從A端傳送到B端，因此設(shè)T/=1，即是高電平有效。另外，由于51單片機的P0口沒有上拉電阻，在將P0口設(shè)置為輸出端時，必須考慮在段驅(qū)動的每一段位上接入上拉電阻，使LED顯示管能夠工作。我們知道，單片機的P1口掃描輸出時總有一位為高電平，如果沒有反相驅(qū)動器將這一位的高電平變成低電平，那在LED上顯示出來的將是亂碼。7

26、4AC08是六與非門反相驅(qū)動器，正好符合我們的設(shè)計要求。由于是8位LED顯示管，所以采用兩個74AC08來控制。 圖4.5 測量數(shù)據(jù)顯示電路4.3 硬件電路工作過程首先討論一下定時器/計數(shù)器的工作原理。如圖4.6 所示。1/12振蕩器 THX TLX加1計數(shù)器 16位TFX中斷1GATE TR0/TR1 T0/T1 圖4.6 定時器/計數(shù)器T0、T1的邏輯結(jié)構(gòu)當(dāng)控制信號時，定時器工作在定時方式。加1計數(shù)器對脈沖f進行計數(shù)，每來一個脈沖計數(shù)器加1，直到計數(shù)器計滿溢出。由上圖可以看出，脈沖是振蕩器時鐘頻率的12分頻，即脈沖頻率為時鐘頻率的1/12。顯然，一個計數(shù)脈沖的周期為一個機器周期。計數(shù)器計數(shù)

27、的是機器周期脈沖的個數(shù)，從而實現(xiàn)定時?？芍?，定時器的定時時間不僅與加1計數(shù)器的初值（計數(shù)器中的起始值,即計數(shù)長度）有關(guān)，而且還與系統(tǒng)振蕩器時鐘頻率有關(guān)10 Dawei Fan，Centeno，VPhasor-Based Synchronized Frequency Measurement in Power SystemsPower Delivery,IEEE Transactions Oil，2007.。 當(dāng)控制信號時，定時器工作在計數(shù)方式。加1計數(shù)器對來自輸入引腳T0和T1的外部信號脈沖計數(shù)。 直接測頻法的工作流程 T0 顯示74HC00INAT89C52圖4.7 直接測頻法流程如圖4.7

28、所示。前置放大器完成信號放大、電平平移的任務(wù)，被測的交流信號被放大、平移成脈沖直流信號，再經(jīng)74HC00反相器整形成矩形脈沖。方波信號被送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入端連接1s門控信號，實際制作中連接AT89C52的11腳（）。11腳電平的高低可通過指令加以控制。AT89C52外接晶振24MHz，該晶振的頻率穩(wěn)定性很重要，因為它也是門控信號的時間基準。內(nèi)置計數(shù)器可通過軟件設(shè)置對振蕩頻率的l2分頻進行計數(shù)/定時，這里將T0置為方式1計數(shù)狀態(tài)，GATE=0，即D3D2D1D0=0101（如圖12、表2、表3所示），待測脈沖信號通過T0引腳輸入單片機進行計數(shù)。T1置為方式1定時狀態(tài)，GATE

29、=0。即D7D6D5D4=1001（如圖12、表2、表3所示），并將其初值置為TH1=D8H，TL1=EF，這樣每產(chǎn)生一次定時器T1溢出中斷，在T1中斷的入口處（001BH）對中斷次數(shù)進行軟件計數(shù)11 李廣明，楊雷一種多周期測量頻率的方法及應(yīng)用J現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，12：155-157. 。當(dāng)中斷次數(shù)為次時，歷時1s。1s后關(guān)閉閘門，其計數(shù)結(jié)果通過P1口讀入，送至30H至33H（壓縮的BCD碼）單元，顯示子程序則將BCD碼經(jīng)查表指令譯為7段LED字形碼，然后進行顯示。 表2 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATE M1M0 GATE M1M0定 時 器

30、 T1定 時 器 T0表3 M1和M2方式選擇位對應(yīng)關(guān)系M1 M0工作方式 功 能 說 明0 1 方式0 13位計數(shù)器0 1 方式1 16位計數(shù)器1 0 方式2 自動再裝入計數(shù)初值，8位計數(shù)器1 1 方式3定時器T0：分成兩個8位計數(shù)器；定時器T1：停止計數(shù)第五章 數(shù)字頻率計的設(shè)計與仿真電路的基本功能是實現(xiàn)電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進行電路的設(shè)計和制作。設(shè)計是是某一電路具有某種功能，制作則是設(shè)計過程的電路實物化。5.1電路的設(shè)計電路的設(shè)計既是一門科學(xué)，又是一門藝術(shù)，實現(xiàn)同樣的技術(shù)指標(biāo)，不同的人有不同的設(shè)計方案。5.1.1電路設(shè)計的內(nèi)容和方法電路設(shè)計一般包括：擬定

31、性能指標(biāo)，電路的預(yù)設(shè)計，實驗和修改設(shè)計等環(huán)節(jié)12 李爽TMS320F2812在電力系統(tǒng)測頻裝置中的應(yīng)用J工業(yè)控制計算機，2008，2l(8)：71-73 。衡量設(shè)計的標(biāo)準是：工作穩(wěn)定可靠，能達到所要求的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路簡單，成本低；所采用的元器件品種少、體積小，且貨源充足；便于生產(chǎn)、測試和維修。電路設(shè)計的基本方法為：借鑒設(shè)計法、近似設(shè)計法、分解組合設(shè)計法。1、電路設(shè)計的基本內(nèi)容電路設(shè)計的基本內(nèi)容主要包括以下幾個方面：電路設(shè)計的技術(shù)的先結(jié)條件。選擇合適的元器件的種類。設(shè)計電路原理圖。接線圖、安裝圖、裝配圖。制定電機和電子元器件明細表。畫出電路的總布局圖。設(shè)計電路板、接線板以及安裝

32、零件。編寫程序和計算說明書。2、電路設(shè)計的基本方法(1)借鑒設(shè)計法接到設(shè)計任務(wù)或確定設(shè)計目標(biāo)后，設(shè)者應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品，進行調(diào)查研究，選取可以借用或借鑒的實用電路。一般情況下，有許多原理和技術(shù)上可以借用的電路，設(shè)計人員得對電路進行改進和元件調(diào)整，以適應(yīng)設(shè)計需要。借用的電路已經(jīng)經(jīng)過實踐和時間的考驗，更有工程價值，這樣做不僅可以縮短設(shè)計周期，而且新設(shè)計的電路在技術(shù)，性能，成本等各方面都得到提高；這樣才會被工程上接受。(2)近似設(shè)計法近似設(shè)計法是電路設(shè)計的又一種方法13 邵楊帆，李宏準全同步頻率測量方法的研究與實現(xiàn)J電子測量與儀器學(xué)報，2008，03：105-108.。在實際應(yīng)用中，理論可以給設(shè)計者一個清晰

33、的思路，但理論與實際不同。在電路設(shè)計中，由于元件受多方因素的影響，往往采取“定性分析、定量估算、實驗調(diào)整”的方法，所以只需進行粗略計算，幫助近似確定電路參數(shù)的取值范圍，參數(shù)的具體確定借助于實驗調(diào)整和計算機仿真來完成。(3)分解、組合設(shè)計法在設(shè)計電路時，電子線路按照功能的不同可以劃分為各個子模塊，各模塊參照具體電路進行設(shè)計，然后組合統(tǒng)調(diào)。由功能電路組合成大系統(tǒng)時，由于子模塊之間存在負載效應(yīng)的影響，而使電子產(chǎn)品整體性能下降。因此，在由大系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)時，不僅要注意功能分解，而且還要合理分配性能指標(biāo)。5.1.2電路設(shè)計的步驟1課題分析根據(jù)論文的要求，先弄清楚論文要實現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本

34、形式，根據(jù)論文的可行性作出估計和判斷，確定論文的技術(shù)關(guān)鍵解決的問題。2設(shè)計方案論證選題不管那種（除了調(diào)查研究之外）都要論證它的可行性。論證分立論和駁論兩種。3總體方案的選擇根據(jù)任務(wù)書提出的任務(wù)、要求和性能指標(biāo)，用具有一定功能的單元電路組成一個整體，來實現(xiàn)各項功能，滿足設(shè)計題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。4單元電路的設(shè)計與確定在確定總體方案、畫出詳細框圖之后，便可進行單元電路設(shè)計。在電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能強的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計要求和總體方案的原理框圖來確定各單元電路要求。設(shè)計每一個單元的電路圖根據(jù)相關(guān)資料確定單元電路的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)設(shè)計要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來選擇元器件，。5總電路圖畫法總電路圖的

35、一般方法如下：根據(jù)信號的流向，從左到右或從上到下按信號流向依次畫出各單元電路。盡量把總電路圖畫在一張圖樣上電路中所有連線都要表示清楚，各元件間的絕大多數(shù)連線應(yīng)在圖樣上直接畫出。符號應(yīng)標(biāo)準化。先畫草圖，調(diào)整好布局和連線后，再畫出正式的總電路圖。5審圖由于有些問題考慮不周，各種計算可能出現(xiàn)錯誤，所以，在畫出總電路圖并計算全部參數(shù)之后，要進行全面審查。5.2 數(shù)字頻率計的仿真 根據(jù)電路圖，各單元電路之間的連接關(guān)系，以及用哪些元器件進行仿真，由于是初學(xué)者經(jīng)驗不足，沒有實際應(yīng)用過，單憑看資料很難掌握它們內(nèi)容。設(shè)計時難免考慮不周、出現(xiàn)差錯，單是紙上談兵，想使自己設(shè)計的電路完美無誤是不可能的，所以，必須進行

36、仿真。在仿真過程中會遇到問題要善于理論聯(lián)系實際，深入思考，分析原因，找出解決問題的辦法。通過前面總的設(shè)計框圖，我們初步搭建了數(shù)字頻率計設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)。下面仿真結(jié)果如圖5.1所以： 圖5.1 系統(tǒng)仿真電路圖輸入信號為1HZ時，仿真如下： 圖5.2 系統(tǒng)仿真圖輸入信號為100HZ時，仿真如下： 圖5.3 系統(tǒng)仿真圖輸入信號為500HZ時，仿真如下：圖5.4 系統(tǒng)仿真圖輸入信號為1KHZ時，仿真如下：圖5.5 系統(tǒng)仿真圖輸入信號為8KHZ時，仿真如下：圖5.6 系統(tǒng)仿真圖輸入信號為1MHZ時，仿真如下：圖5.7 系統(tǒng)仿真圖HZ時，仿真如下：圖5.8 系統(tǒng)仿真圖從以上的仿真結(jié)果可以得出：在所測量的頻率

37、范圍，頻率越小仿真結(jié)果越精確，頻率越高就會出現(xiàn)一定的誤差，當(dāng)頻率超過1MHZ時，就仿真不出其正確結(jié)果。第六章 減小誤差措施及擴展方面 減小誤差措施（1）選用頻率較高和穩(wěn)定性好晶振。如選24KHZ的晶振可使測量范圍擴大，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。（2）測量頻率低的信號時，可適當(dāng)調(diào)整程序，延長門限時間，減少原理上1的相對誤差。（3）測量頻率高的信號時，可先對信號進行分頻，在進行測量。 （1）預(yù)處理電路部分在實際工作中，如若兩級NPN放大管仍不能使放大作用明顯，則可以再級聯(lián)一個NPN放大管；或者采用放大能力更強的三極管或CMOS管代替。后一種思路雖然在價格上有所增加，但卻減少了電路的復(fù)雜程度，并且

38、在電路板一旦出現(xiàn)問題時，能盡最大可能的減少元器件的更換和連接線路的修改，非常方便和實用。（2）增加電源部分在上面數(shù)字頻率計的設(shè)計工程中，使用的是外部干電池電源對單片機和其他電路供電，操作起來很方便，但有一個缺點是外部提供的電源準確度不是很高1414 赫建國，劉立新，黨劍華.基于單片機的頻率計設(shè)計J.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2003，8(3)： 31-34.V的標(biāo)準電壓，我們使用的干電池，由于使用時間過久或型號不同而使得提供的電壓達不到5V或高于5V，這樣使得電路不能在正常的狀態(tài)下工作或損壞元器件。因此在原理圖中，我們可以加入電源部分，采用元件7805或7809和整流電路對外來電壓進行整流、限壓，提供

39、標(biāo)準的5V電壓給電路，這樣就增加了硬件電路的穩(wěn)定性和測試的準確性。6.3 功能上的完善 增加鍵盤控制通過按鍵實現(xiàn)數(shù)字頻率計的測頻率，周期，占空比，脈寬等各項功能。按不同的鍵起到不同的作用，也就是完成不同的功能。還可以根據(jù)按鍵數(shù)的多少來選擇不同的鍵盤。所以我們可以從實際操作中知道鍵盤的擴展是非常方便的。 實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換在測量頻率時，軟件編程也可以實現(xiàn)頻率測量量程的自動轉(zhuǎn)換。頻率計每個工作循環(huán)開始時使用計數(shù)方法實現(xiàn)頻率測量，測量完后判斷測量結(jié)果是否具有2位有效數(shù)字，如果成立，將結(jié)果送去顯示，本工作循環(huán)結(jié)束；否則將計數(shù)閘門寬度依次擴大10倍，繼續(xù)進行測量判斷，直到計數(shù)閘門寬度達到1s，這時對應(yīng)的頻

40、率測量范圍為100Hz999Hz。如果測量結(jié)果仍不具有2位有效數(shù)字，頻率計則使用定時方法實現(xiàn)頻率測量。 液晶顯示器（LCD）進行數(shù)據(jù)的顯示LED顯示管只能顯示09和一些簡單的英文字母，頻率計的功能就受到極大的限制，而LCD顯示管能夠解決LED的不足，增強顯示功能。LCD具有體積小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于各種儀表設(shè)備中去。LCD顯示器主要有字符型和點陣型兩種。結(jié) 語數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使

41、用到。本文介紹了一種基于單片機AT89C52制作數(shù)字頻率計的設(shè)計方法。其測量原理非常簡單，硬件電路制作方便，軟件編程易于實現(xiàn)，所測得的頻率范圍較寬，精度較高，平均相對誤差在0.34%左右，是在允許的測量誤差范圍內(nèi)。此次設(shè)計的數(shù)字頻率計達到了測量頻率的目的，但在實際制作和測試過程中，由于自己知識有限，時間短和經(jīng)驗不足等原因，還是出現(xiàn)了一些問題和需要繼續(xù)改進、完善的地方。比如：在制PCB板時，單面布線的布通率始終無法達到100%，因此焊接電路板時必須采用導(dǎo)線連接，測量時準確性受外部因素影響比不用導(dǎo)線連接時大，造成的測量誤差就大些。在編寫程序時，閘門時間沒能準確地微調(diào)至1秒，致使測量的誤差比理想的要

42、大。由于單片機內(nèi)部具有豐富的存儲資源和強大的數(shù)據(jù)處理能力，因此采用單片機設(shè)計的數(shù)字頻率計只需要改動很少的硬件部分就可以和其他的自動化儀表組成多功能控制系統(tǒng)，測量速度得到提高，用于連續(xù)測量的控制系統(tǒng)是非常有價值和意義的。參考文獻1 張國興.用單片機制作數(shù)字頻率計J.電子制作，2005，(2)：32. 2 李建忠.單片機原理及應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2002.1.3 唐俊翟，許雷，張群瞻.單片機原理與應(yīng)用M.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.6.4 公茂法，孫皓，呂常智.簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計與分析J.山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)， 1999，18(2)：44-495 王保強，竇文，白

43、紅.高精度測頻方案設(shè)計J.成都信息工程學(xué)院學(xué)報，2002，17(2)：77-81.6 徐煜明，韓雁.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.57 VASILIS HAMILAKIS，N.C VOULGARIS.An Accurate Method for the Measurementand Its Deviation Using a Micro-computer.IEEE Trans InstrMeas IM-36，.8 劉雪根.數(shù)字頻率計的誤差分析J.自動化與儀表，1996，11(3)：23-24.9 徐成，劉彥，李仁發(fā)等一種全同步數(shù)字頻率測量方法的研究M電子技術(shù)應(yīng)用，20

44、04，07.10 Dawei Fan，Centeno，VPhasor-Based Synchronized Frequency Measurement in Power SystemsPower Delivery,IEEE Transactions Oil，2007.11 李廣明，楊雷一種多周期測量頻率的方法及應(yīng)用J現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，12：155-157.12 李爽TMS320F2812在電力系統(tǒng)測頻裝置中的應(yīng)用J工業(yè)控制計算機，2008，2l(8)：71-73.13 邵楊帆，李宏準全同步頻率測量方法的研究與實現(xiàn)J電子測量與儀器學(xué)報，2008，03：105-108.14 赫建國，劉立新，黨劍華.基于單片機的頻率計設(shè)計J.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2003，8(3)： 31-34附 錄硬件設(shè)計原理圖：2 數(shù)字頻