【正文】 .....................................................23參考文獻 .................................................................................24致 謝 ....................................................................................25附錄 ......................................................................................11第一章 前言頻率測量是電子學測量中最為基本的測量之一。其待測頻率值使用四位共陽極數(shù)碼管顯示，并可以自動切換量程，單位分別由紅、黃、綠 3 個 LED 指示。在整個設計過程中，所制作的頻率計采用外部分頻，實現(xiàn) 10Hz~2MHz 的頻率測量，而且可以實現(xiàn)量程自動切換流程。AT89S52 單片機是頻率計的控制核心，來完成它待測信號的計數(shù)，譯碼，顯示以及對分頻比的控制。0基于 AT89S52 單片機的頻率計設計中 文 摘 要頻率測量是電子學測量中最為基本的測量之一。頻率計主要是由信號輸入和放大電路、單片機模塊、分頻模塊及顯示電路模塊組成。利用它內(nèi)部的定時/計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。以 AT89S52 單片機為核心，通過單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器的門控時間，方便對頻率計的測量。本次采用單片機技術設計一種數(shù)字顯示的頻率計，具有測量準確度高，響應速度快，體積小等優(yōu)點。由于頻率信號抗干擾性強，易于傳輸，因此可以獲得較高的測量精度。 頻率計概述數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號、方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。傳統(tǒng)的頻率計采用測頻法測量頻率，通常由組合電路和時序電路等大量的硬件電路組成，產(chǎn)品不但體積大，運行速度慢而且測量低頻信號不準確。 頻率計發(fā)展與應用在我國，單片機已不是一個陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代計算機技術的里程碑事件。單片機已成為電子系統(tǒng)的中最普遍的應用。其中以 AT89S52 為內(nèi)核的單片機系列目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，基本可以滿足大多數(shù)用戶的需要 [2]。 參數(shù)要求如下：1．測量范圍 10HZ—2MHZ；2．用四位數(shù)碼管顯示測量值；3．能根據(jù)輸入信號自動切換量程；、三角波及正弦波等多種波形；2第二章 系統(tǒng)總體方案設計 測頻的原理測頻的原理歸結成一句話，就是“在單位時間內(nèi)對被測信號進行計數(shù)” 。由晶體振蕩器產(chǎn)生的基頻，按十進制分頻得出的分頻脈沖，經(jīng)過基選通門去觸發(fā)主控電路，再通過主控電路以適當?shù)木幋a邏輯便得到相應的控制指令，用以控制主門電路選通被測信號所產(chǎn)生的矩形波，至十進制計數(shù)電路進行直接計數(shù)和顯示。時基信號 待測信號 丟失（少計一個脈沖） 計到 N 個脈沖 多余（比實際多出了 個脈沖）圖 1 測頻原理在圖 1 中，假設時基信號為 1KHZ，則用此法測得的待測信號為 1KHZ5=5KHZ。這個誤差是比較大的，實際上，測量的脈沖個數(shù)的誤差會在177。假設所測得的脈沖個數(shù)為 N，則所測頻率的誤差最大為 δ=1／（N1）*100%。本頻率計要求測頻誤差在 1‰以下，則 N 應大于 1000。由此可以得出一個初步結論：測頻法適合于測高頻信號。由于數(shù)字測量的離散性，被測頻率在計f=T數(shù)器中所記進的脈沖數(shù)可有正一個或負一個脈沖的 量化誤差，在不計其他誤差影響的情1?況下，測量精度將為： ()fAN??3應當指出，測量頻率時所產(chǎn)生的誤差是由 N 和 T 倆個參數(shù)所決定的，一方面是單位時間內(nèi)計數(shù)脈沖個數(shù)越多時，精度越高，另一方面 T 越穩(wěn)定時，精度越高。上述表明，在頻率測量時，被測信號頻率越高，測量精度越高。本文介紹了一種基于單片機 AT89S52 制作的頻率計的設計方法,所制作的頻率計測量比較高的頻率采用外部十分頻，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。 具體模塊根據(jù)上述系統(tǒng)分析，頻率計系統(tǒng)設計共包括五大模塊：單片機控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊。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。(因為 AT89C51 所需外圍元件少，擴展性強，測試準確度高。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。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，因此需要外部分頻。可用 74161 進行外部十分頻。綜合以上頻率計系統(tǒng)設計有單片機控制模塊、電源模塊、放大整形模塊、分頻模塊及顯示模塊等組成，頻率計的總體設計框圖如圖 2 所示。 AT89S52 主控制器模塊 AT89S52 的介紹8 位單片機是 MSC51 系列產(chǎn)品升級版 [5]，有世界著名半導體公司 ATMEL 在購買 MSC51設計結構后，利用自身優(yōu)勢技術——（掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術對舊技術進行改進和擴展，同時使用新的半導體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。AT89S52 片內(nèi)集成 256 字節(jié)程序運行空間、8K 字節(jié) Flash 存儲空間，支持最大 64K 外部存儲擴展。片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、3 個定時器、8 個中斷、軟件設置低能耗模式、看門狗和斷電保護。不斷發(fā)展的半導體工藝也讓該單片機的功耗不斷降低。根據(jù)不同場合的要求，這款單片機提供了多種封裝，本次設計根據(jù)最小系統(tǒng)有時需要更換單片機的具體情況，使用雙列直插 DIP40的封裝。復位電路通常分為兩種：上電復位（圖 4）和手動復位（圖 5） 。所以本次設計選用手動復位。但是告訴對系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻。合適頻率的晶振對于選頻信號強度準確度都有好處，本次設計選取 無源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2 引腳。AT89S52 單片機最小系統(tǒng)如圖 6 所示。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復用。在 flash 編程時，P0 口用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。7P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在 flash 編程和校驗時，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高八位地址。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在 flash 編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。晶振工作時，RST 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無效。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 單片機引腳分配根據(jù)系統(tǒng)設計及各模塊的分析得出，單片機的引腳分配如表 3 所示。圖 7 直流穩(wěn)壓電源框圖及波形(1)電源變壓器T的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。(2)整流電路：整流電路將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。圖9 濾波電路(4)穩(wěn)壓電路:常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。10 電源電路設計根據(jù)上述介紹設計，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用 LED 進行電源工作狀態(tài)指示。 具體的 5V 電源電路如下圖10 所示。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉化成矩形波。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大 [10]。其中3DG100 為 NPN 型高頻小功率三極管，組成放大器將輸入頻率為 fx 的周期信號如正弦波、三角波及方波等波形進行放大。具體放大整形電路如圖 11 所示?？捎?74161 進行分頻。單片機 AT89S51 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。在計數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從 1 到 0 的跳變時計數(shù)器加 1，這樣在計數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。為了測量提高精度，當被測信號頻率值較低時，直接使用單片機計數(shù)器計數(shù)測得頻率值；當被測信號頻率值較高時采用外部十分頻后再計數(shù)測得頻率值。12 74LS161 芯片介紹74LS161 是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器 [12]，可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。圖 12 74LS161 引腳圖時鐘 CP 和四個數(shù)據(jù)輸入端 P0~P3，清零/MR，使能 C