【正文】 后通過(guò)計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。但現(xiàn)在的頻率計(jì)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(lái)顯示，會(huì)使輸出結(jié)果更直接，更便于觀察。正因如此，所以未來(lái)數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展必定會(huì)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(cè)量成為一項(xiàng)越來(lái)越普遍的工作，測(cè)頻原理和測(cè)頻方法的研究正受到越來(lái)越多的關(guān)注。合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告22 總體方案設(shè)計(jì) 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容本題主要研究以單片機(jī)為核心輔以信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)信號(hào)預(yù)處理電路，包括信號(hào)放大電路、信號(hào)變換電路、信號(hào)整形電路和分頻電路相關(guān)的理論知識(shí)，以及單片機(jī)工作原理、接口技術(shù)和編程命令及方法等知識(shí)的深入學(xué)習(xí)理解，在多種方案中選擇并確定一種不論是硬件實(shí)現(xiàn)還是測(cè)量精度和測(cè)量范圍指標(biāo)較合適的方案，實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)。該設(shè)備通過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電平形式的矩形波信號(hào)，再與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，使學(xué)生更加鞏固所學(xué)理論知識(shí)，并通過(guò)查閱、消化相關(guān)資料，自學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)硬件，完成設(shè)計(jì)方案的理論分析，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制作實(shí)際電路，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果。培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)、調(diào)試能力。參數(shù)要求如下：裝置測(cè)量頻率范圍在 1HZ4MHZ 之間；測(cè)量誤差為 %；用 LCD1602 液晶顯示器顯示結(jié)果；可以測(cè)量方波、三角波及正弦波等多種波形的周期信號(hào)。 總體思路頻率計(jì)是我們經(jīng)常會(huì)用到的實(shí)驗(yàn)儀器之一，頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值就是信號(hào)頻率。本文介紹了一種基于單片機(jī) STC89C52 的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法,所制作的頻率計(jì)測(cè)量比較高的頻率時(shí)采用外部分頻，測(cè)量較低頻率值時(shí)采用單片機(jī)直接計(jì)數(shù)，不進(jìn)行外部分頻。該頻率計(jì)實(shí)現(xiàn) 100HZ4MHZ 的頻率測(cè)量,LCD1602 液晶顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，可以測(cè)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(guò)信號(hào)預(yù)處理電路，將各種輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)變成高低電平形式的矩形波信號(hào)，通過(guò)分頻模塊，再與單片機(jī)進(jìn)行接口，再通過(guò)單片機(jī)的中斷和計(jì)數(shù)各種程序進(jìn)行運(yùn)算，最后顯示出計(jì)算結(jié)果，得到輸入信號(hào)的頻率值。 具體模塊本次設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。根據(jù)上述系統(tǒng)分析，數(shù)字頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)共包括五大模塊：放大整形模塊、分頻模塊、單片機(jī)控制模塊、鍵盤(pán)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(duì)待測(cè)信號(hào)的放大，降低對(duì)待測(cè)信號(hào)幅度的要求。整形電路是對(duì)一些不是方波的待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，便于測(cè)量。合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告3（2）分頻模塊：考慮單片機(jī)外部計(jì)數(shù)，使用 12 MHz 時(shí)鐘時(shí)，最大計(jì)數(shù)速率為 500 kHz，由于本次設(shè)計(jì)要求測(cè)量的最高頻率是 4MHz，因此需要進(jìn)行外部分頻。分頻電路用于擴(kuò)展單片機(jī)頻率測(cè)量范圍，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)頻率測(cè)量使用統(tǒng)一信號(hào)，可使單片機(jī)測(cè)頻更易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的測(cè)頻誤差。（3）單片機(jī)控制模塊：以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，用它來(lái)完成待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)和顯示以及對(duì)分頻的控制。利用其內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期/頻率的測(cè)量。單片機(jī) STC89C52 內(nèi)部具有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作可以由編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)和產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)中斷要求的功能。(因?yàn)?STC89C52 所需外圍元件少，擴(kuò)展性強(qiáng)，測(cè)試準(zhǔn)確度高。（4）按鍵模塊：包括三個(gè)按鍵，SS2 為頻率/周期、閘門(mén)時(shí)間加/減按鍵，還有一個(gè)是確定鍵，在測(cè)量較低頻率時(shí)，可以改變閘門(mén)時(shí)間，提高測(cè)量精度，也可以選擇頻率或者周期來(lái)顯示測(cè)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(cè)量結(jié)果更直觀的顯示出來(lái)。綜合以上分析，頻率計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)有單片機(jī)控制模塊、放大整形模塊、分頻模塊、鍵盤(pán)模塊及顯示模塊等組成，頻率計(jì)的硬件總體設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。 圖 硬件總體框圖 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，本系統(tǒng)實(shí)際用 LM318 對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，再用穩(wěn)壓二極管 1N4733 對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅，然后經(jīng)過(guò) 74LS14 反相器整形得到方波信號(hào)，接著送 74LS161 進(jìn)行分頻，最后送單片機(jī) 內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后送 LCD1602 顯示。下面一章將介紹整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。電路的基本功能是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的技術(shù)和功能，使電路具有某種特定功能，必須進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和制作。設(shè)計(jì)是使某一電路具有某種功能，制作則是設(shè)計(jì)過(guò)程的電路實(shí)物化。合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告43 硬件設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)的步驟（1）課題分析根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，先弄清楚即將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和原理，再確定電路的基本形式，根據(jù)設(shè)計(jì)的可行性做出估計(jì)和判斷，確定設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵解決的問(wèn)題。（2）設(shè)計(jì)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(shū)提出的任務(wù)、要求和性能指標(biāo)，用具有一定功能的單元電路組成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)題目提出的要求和技術(shù)指標(biāo)。（4）單元電路的設(shè)計(jì)與確定在確定總體方案、畫(huà)出詳細(xì)框圖之后，便可進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)。①在電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能強(qiáng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和總體方案的原理框圖來(lái)確定各單元電路。②設(shè)計(jì)每一個(gè)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(jì)要求，調(diào)整元件，估算參數(shù)來(lái)選擇元器件。（5）總電路圖畫(huà)法總電路圖的一般的繪制方法如下：①根據(jù)信號(hào)的流向，從左到右或從上到下按信號(hào)流向依次畫(huà)出各單元電路。②盡量把總電路圖畫(huà)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(huà)出。④符號(hào)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。⑤先畫(huà)草圖，調(diào)整好布局和連線后，再畫(huà)出正式的總電路圖。（6）審圖由于有些問(wèn)題考慮不周，各種計(jì)算可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以，在畫(huà)出總電路圖并計(jì)算全部參數(shù)之后，要進(jìn)行全面審查。 STC89C52 簡(jiǎn)介STC89C52RC 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告5MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。圖 STC89C52RC 引腳圖 引腳功能說(shuō)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(gè)漏極開(kāi)路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 端口（～，1～8 引腳）：P1 口是一個(gè)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(dòng)（吸收或者輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫(xiě)入 1 時(shí)，通過(guò)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(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)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(fù)擦寫(xiě) Flash ROM32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告63 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 3 級(jí)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(jī)引腳分配根據(jù)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各模塊的需要分析，單片機(jī)的引腳分配如表 所示。 表 單片機(jī)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(cè)信號(hào)輸出按鍵 鍵盤(pán)設(shè)置 信號(hào)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(yùn)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(hào)經(jīng)過(guò)放大后，要進(jìn)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(jī)以便計(jì)數(shù)。 由于輸入的信號(hào)幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如下圖 所示：圖 信號(hào)整形放大原理圖合肥師范學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告7 LM318 介紹 分頻模塊前面已經(jīng)提過(guò)，由于測(cè)量頻率范圍比較寬，而且最高測(cè)量值要求要達(dá)到 4MHz，為了達(dá)到測(cè)量要求以及提高測(cè)量精度，這里我用 74LS161 作為一個(gè) 4 分頻和 16 分頻電路。分頻器可用來(lái)降低信號(hào)的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號(hào)頻率 與fi輸出信號(hào)頻率 之比稱(chēng)為分頻比 N。N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn) N 分頻器。74HC161 與 74LS161fo功能兼容，是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。 74LS161 對(duì)整形后的方波信號(hào)進(jìn)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(guò)四分頻和經(jīng)過(guò)十六分頻的三路信號(hào)作為 74LS153 的一個(gè) 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的低三位輸入，由單片機(jī)控制選擇分頻系數(shù)，然后再送單片機(jī)內(nèi)部計(jì)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(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，時(shí)鐘 CP 和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0~P3，清零 /MR，使能 CEP，CET，置