【正文】 后通過計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，將其換算后顯示出來。這就是數(shù)字頻率計的基本原理。但現(xiàn)在的頻率計的顯示部分都是LED數(shù)碼管，顯示內(nèi)容是 BCD碼，不直觀，如果用LCD液晶來顯示，會使輸出結(jié)果更直接，更便于觀察。正因如此，所以未來數(shù)字頻率計的發(fā)展必定會向液晶顯示方向發(fā)展。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，頻率測量成為一項越來越普遍的工作，測頻原理和測頻方法的研究正受到越來越多的關(guān)注。合肥師范學院課程設(shè)計報告22 總體方案設(shè)計 數(shù)字頻率計設(shè)計內(nèi)容本題主要研究以單片機為核心輔以信號處理電路實現(xiàn)對輸入信號的頻率進行測量。通過對信號預處理電路，包括信號放大電路、信號變換電路、信號整形電路和分頻電路相關(guān)的理論知識，以及單片機工作原理、接口技術(shù)和編程命令及方法等知識的深入學習理解，在多種方案中選擇并確定一種不論是硬件實現(xiàn)還是測量精度和測量范圍指標較合適的方案，實現(xiàn)基于單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計。該設(shè)備通過信號預處理電路，將各種輸入信號進行處理，使信號變成高低電平形式的矩形波信號，再與單片機進行接口，再通過單片機的中斷和各種程序進行運算，最后顯示出計算結(jié)果，得到輸入信號的頻率值。通過本次課題設(shè)計，使學生更加鞏固所學理論知識，并通過查閱、消化相關(guān)資料，自學相關(guān)設(shè)計硬件，完成設(shè)計方案的理論分析，并進一步設(shè)計、制作實際電路，從而達到理論與實踐相結(jié)合的效果。培養(yǎng)分析問題、解決實際問題的能力，并具備一定的硬件電路設(shè)計、調(diào)試能力。參數(shù)要求如下：裝置測量頻率范圍在 1HZ4MHZ 之間；測量誤差為 %；用 LCD1602 液晶顯示器顯示結(jié)果；可以測量方波、三角波及正弦波等多種波形的周期信號。 總體思路頻率計是我們經(jīng)常會用到的實驗儀器之一，頻率的測量實際上就是在單位時間內(nèi)對信號脈沖進行計數(shù),計數(shù)值就是信號頻率。本文介紹了一種基于單片機 STC89C52 的頻率計的設(shè)計方法,所制作的頻率計測量比較高的頻率時采用外部分頻，測量較低頻率值時采用單片機直接計數(shù)，不進行外部分頻。該頻率計實現(xiàn) 100HZ4MHZ 的頻率測量,LCD1602 液晶顯示器顯示測量結(jié)果，可以測量正弦波、三角波及方波等各種波形的頻率值。該設(shè)備通過信號預處理電路，將各種輸入信號進行處理，使信號變成高低電平形式的矩形波信號，通過分頻模塊，再與單片機進行接口，再通過單片機的中斷和計數(shù)各種程序進行運算，最后顯示出計算結(jié)果，得到輸入信號的頻率值。 具體模塊本次設(shè)計包含硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。根據(jù)上述系統(tǒng)分析，數(shù)字頻率計硬件系統(tǒng)設(shè)計共包括五大模塊：放大整形模塊、分頻模塊、單片機控制模塊、鍵盤模塊及顯示模塊。各模塊作用如下：（1）放大整形模塊：放大電路是對待測信號的放大，降低對待測信號幅度的要求。整形電路是對一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號，便于測量。合肥師范學院課程設(shè)計報告3（2）分頻模塊：考慮單片機外部計數(shù)，使用 12 MHz 時鐘時，最大計數(shù)速率為 500 kHz，由于本次設(shè)計要求測量的最高頻率是 4MHz，因此需要進行外部分頻。分頻電路用于擴展單片機頻率測量范圍，并實現(xiàn)單片機頻率測量使用統(tǒng)一信號，可使單片機測頻更易于實現(xiàn)，同時也降低了系統(tǒng)的測頻誤差。（3）單片機控制模塊：以 STC89C52 單片機為控制核心，用它來完成待測信號的計數(shù)和顯示以及對分頻的控制。利用其內(nèi)部的定時/計數(shù)器完成待測信號周期/頻率的測量。單片機 STC89C52 內(nèi)部具有 2 個 16 位定時/計數(shù)器，定時/計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出時中斷要求的功能。(因為 STC89C52 所需外圍元件少，擴展性強，測試準確度高。（4）按鍵模塊：包括三個按鍵，SS2 為頻率/周期、閘門時間加/減按鍵，還有一個是確定鍵，在測量較低頻率時，可以改變閘門時間，提高測量精度，也可以選擇頻率或者周期來顯示測量結(jié)果。（5）顯示模塊：顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示器顯示，使測量結(jié)果更直觀的顯示出來。綜合以上分析，頻率計硬件系統(tǒng)設(shè)計有單片機控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊、鍵盤模塊及顯示模塊等組成，頻率計的硬件總體設(shè)計框圖如圖 所示。 圖 硬件總體框圖 簡單說來，本系統(tǒng)實際用 LM318 對待測信號進行放大，再用穩(wěn)壓二極管 1N4733 對信號進行限幅，然后經(jīng)過 74LS14 反相器整形得到方波信號，接著送 74LS161 進行分頻，最后送單片機 內(nèi)部計數(shù)器進行計數(shù)，單片機處理數(shù)據(jù)后送 LCD1602 顯示。下面一章將介紹整個電路的設(shè)計過程。電路的基本功能是實現(xiàn)電子產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進行電路的設(shè)計和制作。設(shè)計是使某一電路具有某種功能，制作則是設(shè)計過程的電路實物化。合肥師范學院課程設(shè)計報告43 硬件設(shè)計 電路設(shè)計的步驟（1）課題分析根據(jù)本次設(shè)計的要求，先弄清楚即將設(shè)計的系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本形式，根據(jù)設(shè)計的可行性做出估計和判斷，確定設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵解決的問題。（2）設(shè)計方案論證選題不管哪種（除了調(diào)查研究之外）都要論證它的可行性。論證分為立論和駁論兩種。（3）總體方案的選擇根據(jù)任務(wù)書提出的任務(wù)、要求和性能指標，用具有一定功能的單元電路組成一個整體，來實現(xiàn)各項功能，滿足設(shè)計題目提出的要求和技術(shù)指標。（4）單元電路的設(shè)計與確定在確定總體方案、畫出詳細框圖之后，便可進行單元電路設(shè)計。①在電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能強的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計要求和總體方案的原理框圖來確定各單元電路。②設(shè)計每一個單元的電路圖。③根據(jù)相關(guān)資料確定單元電路的結(jié)構(gòu)形式。④根據(jù)設(shè)計要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來選擇元器件。（5）總電路圖畫法總電路圖的一般的繪制方法如下：①根據(jù)信號的流向，從左到右或從上到下按信號流向依次畫出各單元電路。②盡量把總電路圖畫在一張圖樣上③電路中所有連線都要表示清楚，各元件間的絕大多數(shù)連線應(yīng)在圖樣上直接畫出。④符號應(yīng)標準化。⑤先畫草圖，調(diào)整好布局和連線后，再畫出正式的總電路圖。（6）審圖由于有些問題考慮不周，各種計算可能出現(xiàn)錯誤，所以，在畫出總電路圖并計算全部參數(shù)之后，要進行全面審查。 STC89C52 簡介STC89C52RC 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的合肥師范學院課程設(shè)計報告5MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周期可以任意選擇。圖 STC89C52RC 引腳圖 引腳功能說明VCC（40 引腳）： 電源輸入，接＋ 5V 電源VSS（20 引腳）：接地線P0 端口（～，39～32 引腳）：P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負載，對端口 P0 寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。此時，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1 端口（～，1～8 引腳）：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（I IL）。STC89C52 主要功能如表 所示。表 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM合肥師范學院課程設(shè)計報告63 個 16 位可編程定時/計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源 共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線 3 級加密位低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 單片機引腳分配根據(jù)本次系統(tǒng)設(shè)計及各模塊的需要分析，單片機的引腳分配如表 所示。 表 單片機端口分配表模 塊 端口 功能顯示模塊 LCD 頻率值顯示 通道選擇分頻模塊 被測信號輸出按鍵 鍵盤設(shè)置 信號調(diào)理及放大整形模塊 前置放大整形模塊包括放大器 LM31穩(wěn)壓管 1N4733A,施密特觸發(fā)器 74LS14。反相輸入的運算放大器的放大倍數(shù)為 RL2/RL1，系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，信號經(jīng)過放大后，要進行穩(wěn)壓，防止燒壞后面的芯片，整形后的方波送到 74LS161 分頻，然后送單片機以便計數(shù)。 由于輸入的信號幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過大可能會把器件燒毀，過小可能器件檢測不到，所以在設(shè)計中放大限幅和整形，信號調(diào)理部分電路具體實現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 所示：圖 信號整形放大原理圖合肥師范學院課程設(shè)計報告7 LM318 介紹 分頻模塊前面已經(jīng)提過，由于測量頻率范圍比較寬，而且最高測量值要求要達到 4MHz，為了達到測量要求以及提高測量精度，這里我用 74LS161 作為一個 4 分頻和 16 分頻電路。分頻器可用來降低信號的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號頻率 與fi輸出信號頻率 之比稱為分頻比 N。N 進制計數(shù)器可實現(xiàn) N 分頻器。74HC161 與 74LS161fo功能兼容，是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，它可以靈活運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。 74LS161 對整形后的方波信號進行分頻，Q1 為四分頻輸出，Q3 為十六分頻輸出。未經(jīng)分頻、經(jīng)過四分頻和經(jīng)過十六分頻的三路信號作為 74LS153 的一個 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機控制選擇分頻系數(shù)，然后再送單片機內(nèi)部計數(shù)器 T1，其原理圖如圖 所示：圖 分頻模塊 74LS161 介紹74LS161 是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，時鐘 CP 和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3，清零 /MR，使能 CEP，CET，置