【正文】 音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。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，經(jīng)常要用到頻率計。 本數(shù)字頻率計將采用定時、計數(shù)的方法測量頻率，采用一個 1602A LCD顯示器動態(tài)顯示 6位數(shù)。測量范圍從 0Hz— 65535Hz(此測量范圍為計數(shù)器的最大計數(shù)，可根據(jù)實際需 要進行擴展，在 選擇有介紹如何擴展 )的正弦波、方波、三角波 。 用單片機實現(xiàn)自動測量功能。 基本設(shè)計原理 基本設(shè)計原理是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它以測量 頻率 的方法 直接對正弦波、方波、三角波的頻率進行自動的測量。 所謂 “ 頻率 ” ，就是周期性信號在單位時間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔 T內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù) N，則其頻率可表示為 f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測信號變成脈沖信號，其重復(fù)頻率等于被測頻率 f。 利用單片機的內(nèi)部定時器作為定時時間 周期 ，若其周期為 1s，則輸入的脈沖 信號持續(xù) 計數(shù) 時間亦準確地等于 1s，所計數(shù)的脈沖個數(shù)即為被測信號的頻率 。 [1] 方案選擇 用單片機設(shè)計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進行計數(shù)；第二種方法是單片機外部使用計數(shù)器對脈沖信號進行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機讀取。第一種方法的好處是設(shè)計出的頻率計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序編寫簡單，成本低廉，不需要外部計數(shù)器，直接利用所給的單片機最小系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。這種方法的缺陷是受限于單片機計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻率通常是單片機晶振頻率的幾分之一甚至是 幾十分之一，在本次設(shè)計使用的 98C51 單片機，由于檢測一個由“ 1”到“ 0”的跳變需要兩個機器周期，前一個機器周期測出“ 1”，后一個周期測出“ 0”。故輸入時鐘信號的最高頻率不得超過單片機晶振頻率的二十四分之一。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機晶振頻率的限制，可以對相對較高頻率進行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設(shè)計出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比較復(fù)雜。 [2] 5 由于成本有限，本次設(shè)計中采用第一種方法，因此輸入的時鐘信號最高頻率不得高于。對外部脈沖的占空比 無特殊要求。根據(jù)頻率檢測的原理，很容易想到利用51單片機的 T0、 T1兩個定時 /計數(shù)器，一個用來定時，另一個用來計數(shù)，兩者均應(yīng)該工作在中斷方式，一個中斷用于 1s 時間的中斷處理，一個中斷用于對頻率脈沖的計數(shù)溢出處理， (對另一個計數(shù)單元加一 )，此方法可以彌補計數(shù)器最多只能計數(shù) 65536 的不足。將計數(shù)中斷彌補計數(shù)器最高計數(shù) 65536 的不足作為本設(shè)計的擴展，故本設(shè)計最終選擇采用第一種方法并且只使用計數(shù)器的最多計數(shù) 65536。 2 數(shù)字頻率計（低頻）的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)硬件的構(gòu)成 本頻率計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要元器 件是單片機 AT89S52，由它完成對待測信號頻率的計數(shù) 、計數(shù)處理、 結(jié)果顯示等功能，外部還要有 信號處理 、 LCD顯示器等器件。 具體 可分為以下幾個模塊：放大整形模塊、單片機系統(tǒng)、 LCD顯示模塊。各模塊關(guān)系圖如圖 2所示： [3] 圖 2 系統(tǒng)工作原理圖 AT89S52 單片機及其引腳說明 AT89S52是一種高性能低功耗的采用 CMOS工藝制造的 8位微控制器，它提供下列標準特征： 4K字節(jié)的程序存 儲器， 128字節(jié)的 RAM,32條 I/O線， 2個 16位定時器 /計數(shù)器 , 一個 5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口 , 片上震蕩器和時鐘電路 引腳說明： VCC ：電源電壓 GND: 地 P0 口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動 8個 TTL邏輯門電路。當對 0端口寫入 1時，可以作為高阻抗輸入端使用。 當 P0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。 在 EPROM 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，同時輸出指令 字節(jié)在程序校驗時。程序校驗時需要外接上拉電阻。 LCD 顯示 單 片 機 被測信號 放大整形 脈沖信號 6 P1 口： P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1口的輸出緩沖能接受或輸出 4個 TTL邏輯門電路。當對 P1口寫 1 時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當作為輸入端使用時， P1口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（ IIL）。 P2 口： P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O端口。 P2口的輸出緩沖能驅(qū)動 4個 TTL邏輯門電路。當向 P2口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口， 因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 P2 口在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如 MOVX ＠ DPTR）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下， P2 口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當輸出 1 時。當利用 8 位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例 MOVX ＠ R1） ,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。 當 EPROM編程或校驗時， P2口同時接收高 8位地址和一些控制信號。 P3 口： P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O端口。 P3口的輸出緩沖能驅(qū)動 4個 TTL邏輯門電路。當向 P3口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。 P3口同時具有多種特殊功能，具體如下表 1所示 : 端口引腳 第二功能 RXD (串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） (外部中斷 0) （外部中斷 1） T0（定時器 0） T1（定時器 1） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器都選通） 表 1 P3 口的第二功能 RST: 復(fù)位輸入。當振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/ : 當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低 8位字節(jié)。當在 Flash編程時還可以作為編程脈沖輸出 。 一般情況下， ALE是以晶振頻率的 1/6輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。