基于单片机的频率计设计.pdf

要：本文所要介绍的是以单片机89C51为核心设计了一种

频率计。在本文的设计当中，所应用到的是单片机的数学运算

以及控制的功能，是对测量量程自动切换的一种实现，不单单

能够满足测量精度的要求，而且还能够满足系统反应时间的一

个要求。代写论文

关键词：单片机89C51；频率计设计

引言：

在工业生产、仪器仪表行业及实验教学中，经常会遇到频

率的测量，我们经常使用的及目前市场上所售的频率测量装

置，大多数是采用小规模集成电路及分离元件组成。在现代电

子学的各个领域，要求频率计精度高且能够直接读出频率值。

频率计由AT89C

51、信号予处理电路、串行通信电路以及测量数据的显示电路

还有系统软件所构成的，在当中信号的予处理电路包含了待信

号放大、波形变换、波形整形以及分频电路。信号的予处理电

路当中的放大器所实现的是对待测信号的一个放大的功能，能

够降低对待测信号的幅度的一个要求，波形的变换和整形电路

实现将正弦波样的一个正负交替的号波形转换成为能够被单片

机所接受的一个信号，分频电路所用于扩展的单片机的频率测

量范围并且通过实现单片机频率测量以及周期测量使用统一的

一个输入的信号。系统的软件柏阔有测量初始化的模块、显示

的模块以及信号频率测量的模块等等。

一、相关处理方法

以AT89C51单片机作为我们频率计的核心，通过它内部的

一个定时计数器来进行对待测信号周期的一个测量。在89C51

当中有2个16位的定时器，它们都是通过编码来进行事先定

时、计数以及产生计数溢出中断要求的这一功能。在构成定时

器到时候，每一个机器的周期加上一，然后这样就能够使得机

器周期作为一个基准从而来测量出一个时间的间隔。然而在构

成计数器的时候，就应当在相应的外部引脚发生一个从一到零

的一个跳变时计数器加一，这样计数的闸门就能够在门的控制

之下用来测量待测信号的一个频率。在外部输入每个及其周期

进行采样一次，这样子就能够检测出从一到零的跳变至少要两

个及其的周期，所以说最大的计数速率是时钟频率的二十四分

之一。定时器的工作通过相应的一个运行的控制位进行控制，

当控制为为一时，那么定时器就要开始计数了，当控制位为零

时，那么就停止计数。设计的时候还要综合考虑到频率测量的

精度以及测量反应时间的一个要求。譬如说当要求的频率测量

结果是3位的有效数字，那么这个时候如果说待测的信号是一

赫兹的话，那么计数闸门的宽度就必须大于1000s。也是为了

能够照顾到测量精度以及测量时间的需要，因此就将测量工作

分成了两种方法进行。也就是说当待测信号的频率大于100Hz

的时候，定时器也就成为了一个计数器，当以机器的周期为基

准的时候，就通过软件产生一个技术闸门，这个时候当然要满

足频率测量的结果是为三位的，如果技术闸门的宽度大于了一

秒，那就表示为合格了。然而当待测信号的频率小于了100Hz

的时候，也就构成了定时器，通过频率计的予处理电路将待测

信号转换成了一个方波信号，当方波的宽度同待测信号的周期

相等的时候，那么方波就作为了计数的一个闸门，也就是说当

待测信号的频率等于了100Hz的时候，那么使用12MHz时钟的

时候，最小的计数值就是10000，这样以来就能够完全满足到

测量精度的一个要求。在当使用技术方法来实现频率测量的时

候，此时外部的待测信号就是计数源，通过软件延时的程序能

够实现计数闸门。

在系统硬件的设计方面，必要介绍的一个就是信号的予处

理电路：该电路是由四级的电路所构成，第一级通常是为零偏

置的放大器，在当输入信号时零或者是负电压的时候，三极管

是一个截止的状态，输出的信号为高电平，在当输入的信号时

正电压的时候，三极管才导通，输入的电压会随着电压的上升

而下降着。零偏置放大器将正弦波样的正负交替波形转换成为

了一个单向的脉冲，这样就能够使频率计不仅能够测量方波的

信号，而且还能够测量正弦波信号的一个频率。放大器的一个

放大能够也实现了对小信号的一个测量。并且三极管所采用的

开关三极管能够保证放大器有着良好的高频的响应。在第二级

上所采用的是一个带施密特触发器的反相器7414，它能够将

放大器生成的单相的脉冲转换成为同电平相互兼容的一个方

波。在第三级采用的是十进制的同步计数器74160，在第二级

输出的方波加到74160的CLK，在当74160的TC输出能够实

现10分频。第四级同样能够采用十进制的同步计数器

74160，第三级输出的方波加到它的CLK，然后从它的它的Q0

输出