【正文】 多功能數(shù)字頻率計的設(shè)計 摘 要：隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，信號頻率等的測量在科學(xué)研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。數(shù)字頻率計是直接用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置，此設(shè)計應(yīng)用單片機AT89C52的數(shù)學(xué)運算和控制功能，首先通過整形放大模塊對待測信號進行預(yù)處理，以滿足單片機輸入要求，然后送入單片機的定時器進行軟件計數(shù)，獲得頻率值，最終通過LCD顯示模塊顯示出頻率。同時還利用ADC0804進行對源信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到信號的最大值。此設(shè)計通過在keil[1]環(huán)境中用c語言[2]編程，并在proteus中對電路進行了仿真測試，仿真測試通過后進行電路焊接調(diào)試，電路結(jié)構(gòu)較簡單，成本低，測量精度高，適合用于多種場合。關(guān)鍵詞：單片機；頻率計；模數(shù)轉(zhuǎn)換Design of The Multifunctional Digital Frequency Meter Abstract：With the unceasing development of electronic information industry, the measurement of the signal frequency is playing an increasingly important role in scientific research and practical applications .Digital frequency meter is a measuring device which directly use decimal digital to display signal frequency , this design applies the arithmetic and control functions of SCM AT89C52 , at first ,through the shaping and amplification module to pre processing the test signal so that it can meet the SCM input requirements, and then input the MCU timer to do the software counting and obtain frequency value ,finally, through the LCD display module shows the frequency. At the same time, the analog source signals are converted into digital signals using ADC0804 to obtain the maximum value of the signal. This design is programmed through the Keil environment using C language , and in Proteus for circuit simulation test, then welding and debugging circuit, this design has the advantages of simple structure, low cost, high measurement accuracy, so it is suitable for a variety of occasions.Key words：single chip microputer。 frequency meter。 ADC1引言 數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、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、方波信號等物理量的頻率，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。 在電子技術(shù)中, 頻率是最基本的參數(shù)之一, 并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系,因此頻率計在教學(xué)、科研、測量儀器、工業(yè)控制等方面都有較廣泛的應(yīng)用， 頻率的測量也就顯得更為重要，傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計多采用組合電路和時序電路等硬件電路組成，產(chǎn)品體積大，運行速度慢，測量精度低。因此，隨著對測量精度要求的提高，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已不能滿足要求，隨著單片機技術(shù)的發(fā)展與成熟，以單片機為控制核心，設(shè)計一個多功能數(shù)字頻率計，逐漸顯示出其優(yōu)越性。本論文以單片機為核心，設(shè)計的多功能數(shù)字頻率計，電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，測量精度高，測量范圍也得到極大的提高。頻率計的設(shè)計原理實際上是測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)。這種方法免去了實測以前的預(yù)測，同時節(jié)省了劃分頻率的時間，克服了原來高頻率采用測頻模式而低頻段采用測周期模式的測量方法存在換擋速度慢的缺點。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于1秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時間越長則每測一次頻率的時間隔就越長。閘門時間越短，測得頻率值刷新?lián)娇?，但測得的頻率精度就受影響。本論文的任務(wù)就是設(shè)計一個基于單片機技術(shù)的多功能數(shù)字頻率計，主要介紹了放大整形電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，控制電路，顯示電路等模塊的設(shè)計原理[3,12]，以及測頻的基本方法，測量對象可以使方波，三角波正弦波等，通過proteus軟件[4]進行仿真后，最終制作為成品。2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案設(shè)計 頻率測量方法概述 頻率的測量方法很多，比較常用的有直讀法、比較法、電容充放電式計數(shù)法、電子計數(shù)法[5]。 其中，電子計數(shù)式測量頻率具有精度高、測量范圍寬、顯示醒目直觀、測量迅速 ，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等一系列優(yōu)點。常用的有以下幾種方法： 1. 脈沖數(shù)定時測頻法(M法)此法是記錄在確定時間TC內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)M0，則待測頻率為： (1)顯然，時間TC為準(zhǔn)確值，測量的精度主要取決于計數(shù)MX的誤差。其特點在于：測量方法簡單，測量精度與待測信號頻率和閘門時間有關(guān)。所以在本設(shè)計中測頻率采用這種方法。 (T法) 此法是在待測信號的一個周期內(nèi)，TX記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率信號變化次數(shù)M0。這種方法測出的頻率是： (2)此法的特點是低頻檢測時精度高，所以在周期測量中采用了這種方法。(AM法) （3）此法是為克服M法在低頻測量時精度不高的缺陷發(fā)展起來的。通過A倍頻,把待測信號頻率放大A倍, 以提高測量精度。其待測頻率為：其特點是待測信號脈沖間隔減小，間隔誤差降低；精度較高，但控制電路較復(fù)雜。 (A/T法) 此法是為了提高T法高頻測量時的精度形成的。由于T法測量時要求待測信號的周期不能太短，所以可通過A分頻使待測信號的周期擴大A倍，所測頻率為： （4）其特點是高頻測量精度比T法高A倍；但控制電路也較復(fù)雜，而且課題要求所測的頻率較低，所以無需用該法。 (M/T法) 此法是在閘門時間TC內(nèi)，同時用兩個計數(shù)器分別記錄待測信號的脈沖數(shù)MX和標(biāo)準(zhǔn)信號的脈沖數(shù)M0。若標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率為F0,則待測信號頻率為： （5）M/T法在測高頻時精度較高；但在測低頻時精度較低，因為課題要求所測頻率較低，所以沒有選擇M/T法來完成測量任務(wù)。 此法是由閘門時間TC與同步門控時間TD共同控制計數(shù)器計數(shù)的一種測量方法，待測信號頻率與 M/T法相同。此法的優(yōu)點是，閘門時間與被測信號同步，消除了對被測信號計數(shù)產(chǎn)生的個字誤差，測量精度大大提高，且測量精度與待測信號的頻率無關(guān)，達到了在整個測量頻段等精度測量。因為所要求頻率較低所以也無需用該法。 整體方案比較方案一：本方案主要以數(shù)字器件為核心，主要分為時基電路，邏輯控制電路，放大整形電路，閘門電路，計數(shù)電路，鎖存電路，譯碼顯示電路七大部分。其原理框圖如圖1所示。方案二：本方案主要以單片機為核心，利用單片機的計數(shù)定時功能來實現(xiàn)頻率的計數(shù)并且利用單片機的動態(tài)掃描法把測出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字顯示電路顯示。其原理框圖如2所示。 邏輯控制 時基電路放大整形電路 閘門電路 計數(shù)器 鎖存器 譯碼顯示器圖1 方案一原理圖信號放大信號整形單片機AT89C52電路LCD顯示電路圖2 方案二原理圖 方案論證方案一：本方案使用大量的數(shù)字器件，被測量信號放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號，其頻率于被測信號的頻率相同。同時時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號，其高電平持續(xù)時間1s，當(dāng)1s信號來到時，閘門開通，被測脈沖信