【正文】 過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)有著很多的優(yōu)點(diǎn)：（1）集成度高。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。（3）系統(tǒng)擴(kuò)展方便。（4）抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高。（5）處理能力強(qiáng)，速度快。（6）開(kāi)發(fā)方便。（7）兼容性好。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)字頻率計(jì)的工作原理 一般數(shù)字式頻率計(jì)的原理所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)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(cè)信號(hào)變成脈沖信號(hào)，其重復(fù)頻率等于被測(cè)頻率fx。時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間脈沖信號(hào)，若其周期為1s，則門(mén)控電路的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門(mén)電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N是在1s時(shí)間內(nèi)的累計(jì)數(shù)，所以被測(cè)頻率fx=NHz。 基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的原理單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1。在測(cè)量過(guò)程中我們利用這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其中T0用作定時(shí)，T1來(lái)計(jì)數(shù)外來(lái)脈沖數(shù)。單片機(jī)外接12MHZ的晶振，定時(shí)/，我們可以采用軟件計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行定時(shí)設(shè)計(jì)。先用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0制作一個(gè)50ms的定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到后將軟件計(jì)數(shù)器中值加一當(dāng)軟件計(jì)數(shù)器到20，就可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)1s。當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1計(jì)數(shù)的數(shù)送入顯示電路，從顯示電路中讀出的總脈沖個(gè)數(shù)即是待測(cè)信號(hào)的頻率值。該頻率計(jì)硬件較為簡(jiǎn)單，但需要注意的是單片機(jī)所測(cè)量的電平信號(hào)必須是直流TTL信號(hào)，所以在測(cè)量前必須把非TTL信號(hào)轉(zhuǎn)化為T(mén)TL信號(hào)。 電路原理圖及其主要硬件部分待測(cè)信號(hào)放大電路波形變換、整形分頻電路閘門(mén)控制單片機(jī)顯示電路主要硬件電路有放大整形電路，分頻電路，主控電路（單片機(jī)），顯示電路四大部分。 放大整形電路放大整形電路的必要性：因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)計(jì)數(shù)中只能對(duì)脈沖波進(jìn)行計(jì)數(shù)，而實(shí)際中需要測(cè)量的頻率的信號(hào)是多種多樣的，有脈沖波，還有可能有正弦波、三角波等，所以需要一個(gè)電路把待測(cè)信號(hào)可以進(jìn)行計(jì)數(shù)的脈沖波。通過(guò)放大整形電路將正弦輸入信號(hào)fx整形成同頻率方波fo,幅值過(guò)大的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓器分壓送入后級(jí)放大器，以避免波形失真。而小信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、整形通道電路來(lái)提高系統(tǒng)的測(cè)量精度和靈敏度。放大電路運(yùn)用單運(yùn)算放大器LM138，整形電路運(yùn)用7414六反相器（施密特觸發(fā)器）。單運(yùn)算放大器LM138與其它種類的通用型運(yùn)放相比具有電壓轉(zhuǎn)換速率高、頻帶寬、輸出動(dòng)態(tài)范圍大、較完善的保護(hù)電路等突出優(yōu)點(diǎn)。適合于在脈沖信號(hào)放大器、寬帶放大器、中頻放大器、寬頻帶信號(hào)發(fā)生器、快速A/D轉(zhuǎn)換器。其參數(shù)為：輸入失調(diào)電壓4mV；偏置電流：150nA增益帶寬積：15MHz轉(zhuǎn)換速率：70V/uS耗電流：5mA電源：+/20V利用74LS14六反相器（施密特觸發(fā)）可將三角波、正弦波等變成矩形波。另外利用施密特觸發(fā)器的脈沖波的整形可以獲得較理想的矩形脈沖。 放大整形電路 LM318芯片圖 分頻電路由于單片機(jī)的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)是有限的，最大可以計(jì)到65536，而在實(shí)際工程測(cè)量中所測(cè)得頻率很大，甚至能達(dá)到上百兆赫茲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出單片機(jī)所測(cè)量范圍，采用分頻電路，可以將待測(cè)信號(hào)成倍的縮放，然后進(jìn)行測(cè)量。分頻器電路采用計(jì)數(shù)器構(gòu)成分頻電路。74LS90計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 74LS90功能表復(fù)位輸入輸出R1 R2 S1 S2QD QC QB QAH H L H H L H HX L LL L L L L L L L L LL L L LH L L H計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)A． 將輸出QA與輸入B相接，構(gòu)成8421BCD碼計(jì)數(shù)器；B． 將輸出QD與輸入A相接，構(gòu)成5421BCD碼計(jì)數(shù)器；C． 表中H為高電平、L為低電平、為不定狀態(tài)。 ，它由四個(gè)主從JK觸發(fā)器和一些附加門(mén)電路組成，整個(gè)電路可分兩部分，其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；FD、FC、FB構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在74LS90計(jì)數(shù)器電路中，設(shè)有專用置“0”端RR2和置位（置“9”）端SS2。 74LS90具有如下的五種基本工作方式：（1）五分頻：即由FD、FC、和FB組成的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作方式。（2）十分頻（8421碼）：將QA與CK2聯(lián)接，可構(gòu)成8421碼十分頻電路。（3）六分頻：在十分頻（8421碼）的基礎(chǔ)上，將QB端接R1，QC端接R2。 其計(jì)數(shù)順序?yàn)?00～101，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)脈沖作用后，出現(xiàn)狀態(tài)QCQBQA=110，利用QBQC=11反饋到R1和R2的方式使電路置“0”。 （4） 九分頻：QA→RQD→R2，構(gòu)成原理同六分頻。（5）十分頻（5421碼）：將五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端QD接二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端CK1，即可構(gòu)成5421碼十分頻工作方式。 此外，據(jù)功能表可知，構(gòu)成上述五種工作方式時(shí)，SS2端最少應(yīng)有一端接地；構(gòu)成五分頻和十分頻時(shí)，RR2端亦必須有一端接地。 74LS90引腳圖 單片機(jī)AT89C51簡(jiǎn)介單片機(jī)(SingleChipMicroputer),又稱單片微控器，是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、輸入/輸出電路(I/O)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通訊口，可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而又完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它們之間相互連接的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)而有效的控制功能。其結(jié)構(gòu)圖如下所示。 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片,但無(wú)論從組成還是從其邏輯功能上看，都具有微機(jī)系統(tǒng)的含義。另一方面，單片機(jī)畢竟是一個(gè)芯片，只有外加所需的輸入輸出設(shè)備，才能構(gòu)成實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨(dú)完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。單片機(jī)的應(yīng)用極為廣泛，它涉及智能儀器儀表、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信以及醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。它以無(wú)與倫比的高性能、低價(jià)位贏得了廣大電子開(kāi)發(fā)者的喜愛(ài)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。其主要特性：?與MCS51 兼容 　　?4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器 　　?壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 　　?數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 　　?全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 　　?三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 　　?1288位內(nèi)部RAM 　　?32可編程I/O線 　　?兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 　　?5個(gè)中斷源 　　?可編程串行通道 　　?低功耗的閑置和掉電模式 　　?片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 　　P3口也可作為