【正文】 測量低頻信號時不宜直接使用。同時 ,頻率測量方法的優(yōu)化也越來越受到重視 .并采用單片機(jī)和相關(guān)硬軟件實現(xiàn)。此頻率計以 AT89S52單片機(jī)為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。最終實現(xiàn)數(shù)字頻率計的設(shè)計方案，根據(jù)頻率計的特點，可廣泛應(yīng)用于各種測試場所。以精確迅速的特點測量信號頻率，在本設(shè)計在實踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運(yùn)用知識水平，為以后的開發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。在進(jìn)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(jìn)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。測量范圍從 0Hz— 65535Hz(此測量范圍為計數(shù)器的最大計數(shù)，可根據(jù)實際需 要進(jìn)行擴(kuò)展，在 選擇有介紹如何擴(kuò)展 )的正弦波、方波、三角波 。 基本設(shè)計原理 基本設(shè)計原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號頻率的一種測量裝置。 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)。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 f。 [1] 方案選擇 用單片機(jī)設(shè)計頻率計通常采用兩種辦法，第一種方法是使用單片機(jī)自帶的計數(shù)器對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)；第二種方法是單片機(jī)外部使用計數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)值再由單片機(jī)讀取。這種方法的缺陷是受限于單片機(jī)計數(shù)的晶振頻率，輸入的時鐘頻率通常是單片機(jī)晶振頻率的幾分之一甚至是 幾十分之一，在本次設(shè)計使用的 98C51 單片機(jī)，由于檢測一個由“ 1”到“ 0”的跳變需要兩個機(jī)器周期，前一個機(jī)器周期測出“ 1”，后一個周期測出“ 0”。第二種方法的好處是輸入的時鐘信號頻率可以不受單片機(jī)晶振頻率的限制，可以對相對較高頻率進(jìn)行測量，但缺點是成本比第一種方法高，設(shè)計出來的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序也比較復(fù)雜。對外部脈沖的占空比 無特殊要求。將計數(shù)中斷彌補(bǔ)計數(shù)器最高計數(shù) 65536 的不足作為本設(shè)計的擴(kuò)展，故本設(shè)計最終選擇采用第一種方法并且只使用計數(shù)器的最多計數(shù) 65536。 具體 可分為以下幾個模塊：放大整形模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、 LCD顯示模塊。VCC ：電源電壓 P0 口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動 8個 TTL邏輯門電路。 當(dāng) P0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。 在 EPROM 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，同時輸出指令 字節(jié)在程序校驗時。 LCD 顯示 單 片 機(jī) 被測信號 放大整形 脈沖信號 6 P1口的輸出緩沖能接受或輸出 4個 TTL邏輯門電路。當(dāng)作為輸入端使用時， P1口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時會輸出一個低電流（ IIL）。P2 口： P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向的 I/O端口。當(dāng)向 P2口寫 1 時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。 P2 口在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如 MOVX ＠ DPTR）時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。當(dāng)利用 8 位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例 MOVX ＠ R1） ,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口的輸出緩沖能驅(qū)動 4個 TTL邏輯門電路。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（ IIL）。RST: 復(fù)位輸入。 當(dāng)在 Flash編程時還可以作為編程脈沖輸出 。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 ：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。 為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從 0000H到 FFFH單元的指令， 必須同 GND相連接。 當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時， 應(yīng)該接到 VCC端。XTAL1 ：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時鐘電路的輸入端。XTAL2 ：振蕩器反相放大器的輸出端。它將正弦 輸入信號 Vx 整形成同頻率 7 方波 Vo,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。同相輸入的運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為（ R3+R4） /R3，改變 R3 的大小可以改變放大倍數(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)計中采用了這個信號調(diào)理電路對輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、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 3所示： [4] 圖 3 信號處理 圖中 D1— D4為肖特基二極管（ DIODE），本設(shè)計中選用 IN4148。 [5] 信號放大仿真 下圖為當(dāng) R3=50KΩ 時 輸入信號頻率為 100Hz，幅度為 1V在輸入端和 R1左端測得的信號仿真圖，由 運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為（ R3+R4） /R3可得到放大后的頻率不變，幅度 放大了四倍。 圖 5 轉(zhuǎn)換方波 LF353雙運(yùn)算放大器簡介 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益 、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，圖 6表示集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成原理 框圖。電壓放大級一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動電路、過載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等。放大器主要參數(shù)的設(shè)置不管是哪種類型都極其重要，直接影響到電路的實際功能。 題中用到的 LF353放大器屬于用型集成運(yùn)算放大 ，該運(yùn)算放大器內(nèi)部有偏移電壓和 FET輸入裝置（雙向場效應(yīng)管），有較大的反向擊穿電壓，因此 ，當(dāng)大差動輸入電壓時，可以很容易容納增加的輸入電流。 第 2腳： VDD接 5V正電源 （圖中未畫出）。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng) RS和 RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 由于 AT89S52單片機(jī)的 P0口內(nèi)部沒有上拉電阻故在單片機(jī)與 1602ALCD之間需加上上拉電阻（圖中未標(biāo)出），本設(shè)計中選用 。（說明： 1為高電平、 0為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H位置 。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo) 。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置 。 12 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如