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6位数显频率计数器
1绪论
1.1数字频率计数器的背景及意义
在现代社会中,随着电子工业的发展,能够精确测量各种设备仪器中电路的频率、
电压、电流等参数已越来越重要。而传统的电子测量仪器中,示波器在进行频率测量
时测量精度较低,误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱,但
测量速度较慢,无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能
够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化,因此,频率计拥有非常广泛的应用范围。
在生产制造企业中,频率计被广泛的应用在生产线的生产测试中。频率计能够快
速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化,用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障
的晶振产品,确保产品质量。在计量实验室中,频率计被用来对各种电子测量设备的
本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中,频率计既可以被用来对无线通讯基站的主
时钟进行校准,还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
我所设计的六位数显频率计数器,是基于ATMEL公司的AT89S51单片机,通过其
T0与T1的定时与计数功能,来测量输入信号的频率,并通过六位动态数码管显示出来,
并且尽可能使用最少的元器件,在满足性能要求的前提下,尽量节省成本,以期最大
的性价比。
1.2设计目标与要求
(1)基于AT89S51单片机,设计一个精确测量输入信号频率的频率计数器
(2)能够精确测量频率范围在0Hz—250kHz之间的输入信号
(3)测量误差不超过±1Hz
(4)使用六位数码管显示测量结果
(5)在满足性能的前提下,尽可能使用最少的、最廉价的元器件
2设计原理及总体方案
2.1频率计的基本原理
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他
信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1
秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸
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6位数显频率计数器
门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短,测的频率值刷新就越快,
但测得的频率精度就受影响。测量一个信号的频率有两种方法:第一种是计时法,用
基准信号去测量被测信号的高电平持续的时间,然后转换成被测信号的频率。第二种
是计数法,计算在基准信号高电平期间通过的被测信号个数。根据设计要求测量
0HZ~250KHZ的正弦信号,首先要将正弦信号通过过零比较转换成方波信号,然后变
成测量方波信号。如果用第一种方法,当信号频率超过1KHZ的时候测量精度将超出
测量精度要求,所以当被测信号的频率高于1KHZ的时候需要将被测信号进行分频处
理。如果被测信号频率很高需要将被测信号进行多次分频直到达到设计的精度要求。
数字频率计是一种应用很广泛的仪器电子,在广泛的应用领域内,到处可见到处
理离散信息的数字电路。随着数字电路制造工业的进步,使得系统设计人员能在更小
的空间内实现更多的功能,从而提高系统可靠性和速度。本论文设计采用AT89C51
单片机为控制器件来制作一个0HZ~250KHZ的频率计,并将所需得到的频率通过数码
管显示出来。根据设计要求用单片机的内部T0产生基准信号,由INTO输入被测信
号,通过定时方式计算被测信号的持续时间。通过单片机计算得出结果,最后通过数
码管显示测量结果。系统的原理框图如图2-1所示。
AT89S51
频率源单片机6位数码管
图2-1数字频率计系统框图
2
6位数显频率计数器
2.2方案的确定
系统采用MCS—51系列单片机AT89S51作为控制核心,门控信号由AT89S51
内部的计数定时器产生,单位为1µs。由于单片机的计数频率上限较低(12MHZ晶振
时约500KHZ),所以需对高频被测信号进行硬件分频处理,AT89S51则完成运算、
控制
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