【正文】 開題日期 ： 年 月 日 完成日期 年 月 日 題 目 簡(jiǎn)易 頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)的目的 頻率計(jì)作為測(cè)量?jī)x器的一種， 它的基本功能是測(cè)量信號(hào)的頻率和周期頻率計(jì)的應(yīng)用范圍很廣 ， 但是 目前 ,市場(chǎng)上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計(jì) ,但價(jià)格不菲。為適 應(yīng) 工作的需要 ,可以用 一種較小規(guī)模和單片機(jī) (AT89C51)相結(jié)合的頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案 ,不但切實(shí)可行 ,而且體積小、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、精度 高、可測(cè)頻帶寬，大大降低了設(shè)計(jì)成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。該系統(tǒng)包括 被測(cè)頻率脈沖信號(hào)、單片機(jī)晶振電路、以AT89C51 單片機(jī)為核心的頻率測(cè)量模塊、 LCD 液晶顯示模塊。因此 ,頻率的測(cè)量就顯得尤為重要，測(cè)頻方法的研究越來越受到重視。 為適應(yīng)實(shí)際工作的需要 ,本次設(shè)計(jì)給出了一種設(shè)計(jì)方案 ,不但切實(shí)可行 ,而且體積小、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、精度高、可測(cè)頻帶寬，大大降低了設(shè)計(jì)成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 。該系統(tǒng)包括被測(cè)頻率脈沖信號(hào)、單片機(jī)晶振電路、以 AT89C51 單片機(jī)為核心的頻率測(cè)量模塊、 LCD液晶顯示模塊。由于頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，因此可以獲得較高的測(cè)量精度。 頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來。由于大規(guī)模 和超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合， 頻率計(jì)發(fā)展進(jìn)入了智能化和微型化的新階段。此外，還能測(cè)量電壓、電流、阻抗、功率和波形等。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，特別是高速芯片技術(shù)的發(fā)展，有些頻率計(jì)數(shù)器能夠直接測(cè)量。精度是指測(cè)量的準(zhǔn)確程度，即儀器的讀數(shù)接近實(shí)際信號(hào)頻率的程度，精度越高測(cè)量越準(zhǔn)確。 晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度，是決定頻率計(jì)測(cè)量誤差的一個(gè)重要指標(biāo)。 輸 入靈敏度是指在側(cè)頻范圍內(nèi)能保證正常工作的最小輸入電壓 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 基本 原理 測(cè)頻 原理 所謂“頻率”就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（ 1s）內(nèi)變化的次數(shù)，就是“在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)”。若在一定時(shí)間間隔 T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù) N，則其頻率可表示為 f=N/T。 定時(shí) 待測(cè)信號(hào) 丟失 T 丟失 圖 21 頻率測(cè)量原理圖 在計(jì)數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖 21 所示的丟失脈沖的情況。定時(shí)時(shí)間 內(nèi)出現(xiàn)脈沖丟失，將引起測(cè)量精度降低。顯然對(duì)于較低頻率的脈沖測(cè)量不適合采用測(cè)量頻率法。 頻率計(jì) 的基本原理 頻率計(jì)最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段 T 內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為 N 時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率 f=N/T。主 門 另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。本文介紹了一種基 于單片機(jī)的電子頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法 ,此電子頻率以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，可將外部的頻率脈沖信號(hào)通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1 負(fù)責(zé)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，一旦 T0 定時(shí)時(shí)間到，立刻終止T1 的計(jì)數(shù)，此時(shí) T1 的計(jì)數(shù)值便是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，我們將 T0 的定時(shí)時(shí)間設(shè)為 1s，當(dāng) T0 定時(shí)滿 1s后，立即停止 T1 計(jì)數(shù)，此時(shí) T1 的計(jì)數(shù)值即為被測(cè)信號(hào)的頻率。 具體 模塊 根據(jù)上述系統(tǒng)分析，該系統(tǒng)包括被測(cè)頻率脈沖信號(hào)、單片機(jī)晶振電路、以 AT89C51 單片機(jī)為核心的頻率測(cè)量模塊、 LCD 液晶顯示模塊。 ：由于單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式是用芯片內(nèi)部振蕩電路，精度不高，溫飄也較大，外部時(shí)鐘，分 RC振蕩和石英晶振， RC精度不高，成本低，石英晶振，精度高，穩(wěn)定性好，故我們采用單片機(jī)的晶振電路提供時(shí)鐘信號(hào)。 液晶顯示模塊：對(duì)單片機(jī)測(cè)量的頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 圖 23 頻率計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖 第 3 章 硬件電路 設(shè)計(jì) AT89C51 主控制器模塊 電子頻率計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，可將外部的頻率脈沖信號(hào)通過單片機(jī)計(jì)數(shù)端輸入，由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 負(fù)責(zé)定時(shí)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器T1（ ）負(fù)責(zé)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，一旦 T0 定時(shí)時(shí)間到，立刻終止 T1的計(jì)數(shù)，此時(shí) T1 的計(jì)數(shù)值便是單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，我們將 T0 的定時(shí)時(shí)間 設(shè)為 1s，當(dāng) T0 定時(shí)滿 1s后，立即停止 T1計(jì)數(shù)，此時(shí) T1 的計(jì)數(shù)值即為被測(cè)信號(hào)的頻率。同時(shí)， AT89C51可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件 可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 GND：接地。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P1 口： P1 口是一個(gè)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。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。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。 RST：復(fù)位輸入。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘 信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 圖 32 晶振電路 頻率 脈沖信號(hào) 頻率脈沖信號(hào)就是被測(cè)信號(hào)，可以隨時(shí)調(diào)整其頻率，以便于單片機(jī)測(cè)量，直接在 protues 左側(cè)工具條內(nèi)的一個(gè) Generator Mode 工具中選擇DCLOCK 放置 頻率脈沖信號(hào)（如圖 33）。液晶顯示器具有微功耗、體積小、重量輕、超薄型等諸多其他顯示器件所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗系統(tǒng)中，得到越來越廣泛的應(yīng)用，目前市場(chǎng)上液晶顯示器種類繁多，按排列形狀可分為字段型、點(diǎn)陣字符型、點(diǎn)陣圖形型，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用點(diǎn)陣字符型 LCD 顯示器。 第 4 章 系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì) 頻率 測(cè)量模塊 將定時(shí)器 T0 設(shè)置在定時(shí)方式 2，定時(shí)時(shí)間為 250us，滿 4000 次中斷正好是 1s，定時(shí)器 T1 工作于計(jì)數(shù)方式 1，計(jì)數(shù)初值為 0。 圖 41 頻率 測(cè)量 頻率測(cè)量其中，中斷服務(wù)子程序流程圖如下 ： 圖 42中斷服務(wù) 子程序 頻率測(cè)量主函數(shù)中，還進(jìn)行了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及調(diào)用顯示模塊進(jìn)行顯示其程序流程框圖如下 ： 圖 43 頻率 測(cè)量主函數(shù) 頻率測(cè)量模塊源程序 ： include include define uchar unsigned char define uint u