【正文】 過程自動化等優(yōu)點。單片機設(shè)計數(shù)字頻率計有著很多的優(yōu)點：（1）集成度高。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性價比高。（3）系統(tǒng)擴展方便。（4）抗干擾性能強，可靠性高。（5）處理能力強，速度快。（6）開發(fā)方便。（7）兼容性好。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 數(shù)字頻率計的工作原理 一般數(shù)字式頻率計的原理所謂“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fx。時間基準(zhǔn)信號發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時間脈沖信號，若其周期為1s，則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒信號結(jié)束時閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。由于計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N是在1s時間內(nèi)的累計數(shù)，所以被測頻率fx=NHz。 基于單片機的數(shù)字頻率計的原理單片機內(nèi)部有兩個定時/計數(shù)器T0和T1。在測量過程中我們利用這兩個定時/計數(shù)器，其中T0用作定時，T1來計數(shù)外來脈沖數(shù)。單片機外接12MHZ的晶振，定時/，我們可以采用軟件計數(shù)器來進(jìn)行定時設(shè)計。先用定時/計數(shù)器T0制作一個50ms的定時器，定時時間到后將軟件計數(shù)器中值加一當(dāng)軟件計數(shù)器到20，就可以實現(xiàn)定時1s。當(dāng)定時結(jié)束時，定時/計數(shù)器T1計數(shù)的數(shù)送入顯示電路，從顯示電路中讀出的總脈沖個數(shù)即是待測信號的頻率值。該頻率計硬件較為簡單，但需要注意的是單片機所測量的電平信號必須是直流TTL信號，所以在測量前必須把非TTL信號轉(zhuǎn)化為TTL信號。 電路原理圖及其主要硬件部分待測信號放大電路波形變換、整形分頻電路閘門控制單片機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），顯示電路四大部分。 放大整形電路放大整形電路的必要性：因為在單片機計數(shù)中只能對脈沖波進(jìn)行計數(shù)，而實際中需要測量的頻率的信號是多種多樣的，有脈沖波，還有可能有正弦波、三角波等，所以需要一個電路把待測信號可以進(jìn)行計數(shù)的脈沖波。通過放大整形電路將正弦輸入信號fx整形成同頻率方波fo,幅值過大的被測信號經(jīng)過分壓器分壓送入后級放大器，以避免波形失真。而小信號經(jīng)過放大、整形通道電路來提高系統(tǒng)的測量精度和靈敏度。放大電路運用單運算放大器LM138，整形電路運用7414六反相器（施密特觸發(fā)器）。單運算放大器LM138與其它種類的通用型運放相比具有電壓轉(zhuǎn)換速率高、頻帶寬、輸出動態(tài)范圍大、較完善的保護(hù)電路等突出優(yōu)點。適合于在脈沖信號放大器、寬帶放大器、中頻放大器、寬頻帶信號發(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的計數(shù)個數(shù)是有限的，最大可以計到65536，而在實際工程測量中所測得頻率很大，甚至能達(dá)到上百兆赫茲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出單片機所測量范圍，采用分頻電路，可以將待測信號成倍的縮放，然后進(jìn)行測量。分頻器電路采用計數(shù)器構(gòu)成分頻電路。74LS90計數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計數(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 數(shù)計 數(shù)計 數(shù)計 數(shù)A． 將輸出QA與輸入B相接，構(gòu)成8421BCD碼計數(shù)器；B． 將輸出QD與輸入A相接，構(gòu)成5421BCD碼計數(shù)器；C． 表中H為高電平、L為低電平、為不定狀態(tài)。 ，它由四個主從JK觸發(fā)器和一些附加門電路組成，整個電路可分兩部分，其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進(jìn)制計數(shù)器；FD、FC、FB構(gòu)成異步五進(jìn)制計數(shù)器，在74LS90計數(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。 其計數(shù)順序為000～101，當(dāng)?shù)诹鶄€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)制計數(shù)器的輸出端QD接二進(jìn)制計數(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，SS2端最少應(yīng)有一端接地；構(gòu)成五分頻和十分頻時，RR2端亦必須有一端接地。 74LS90引腳圖 單片機AT89C51簡介單片機(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)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、輸入/輸出電路(I/O)、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通訊口，可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路集成到一個半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個最小而又完善的計算機系統(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)計者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，具有較強而有效的控制功能。其結(jié)構(gòu)圖如下所示。 單片機結(jié)構(gòu)圖雖然單片機只是一個芯片,但無論從組成還是從其邏輯功能上看，都具有微機系統(tǒng)的含義。另一方面，單片機畢竟是一個芯片，只有外加所需的輸入輸出設(shè)備，才能構(gòu)成實用的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。單片機有著微處理器所不具備的功能，它可單獨完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。單片機的應(yīng)用極為廣泛，它涉及智能儀器儀表、工業(yè)控制、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信以及醫(yī)用設(shè)備等領(lǐng)域。它以無與倫比的高性能、低價位贏得了廣大電子開發(fā)者的喜愛。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（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存儲器 　　?壽命：1000寫/擦循環(huán) 　　?數(shù)據(jù)保留時間：10年 　　?全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 　　?三級程序存儲器鎖定 　　?1288位內(nèi)部RAM 　　?32可編程I/O線 　　?兩個16位定時器/計數(shù)器 　　?5個中斷源 　　?可編程串行通道 　　?低功耗的閑置和掉電模式 　　?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(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門電流。P1口管腳寫入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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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