AT89C51简单频率计课程设计

目录

1功能分析与设计目标 (1)

2 频率计的硬件电路设计 (3)

2.1 控制、计数电路 (3)

2.2 译码显示电路 (5)

3 频率计的软件设计与调试 (6)

3.1 软件设计介绍 (6)

3.2 程序框图 (8)

3.3 功能实现具体过程 (8)

3.4 测试数据处理，图表及现象描述 (10)

4 讨论 (11)

5 心得与建议 (12)

6 附录 (13)

1功能分析与设计目标

背景：

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。

题目要求：

用两种方法检测（Δm ，ΔT ）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。

设计分析：

电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法(M法)，脉冲周期测频法(T法)，脉冲数倍频测频法(AM法)，脉冲数分频测频法(AT法)，脉冲平均周期测频法(M/T法)，多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。

脉冲数定时测频法(M法)：此法是记录在确定时间Tc内待测信号的脉冲个数Mx，则待测频率为：

Fx=Mx/ Tc

脉冲周期测频法(T法)：此法是在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是：

Fx=Mo/Tx

脉冲数倍频测频法(AM法)：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其待测频率为：

Fx=Mx/A To

脉冲数分频测频法(AT法)：此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号

的周期扩大A倍，所测频率为：

Fx=AMo/Tx

脉冲平均周期测频法(M/T法)：此法是在闸门时间Tc内，同时用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数Mx和标准信号的脉冲数Mo。若标准信号的频率为Fo，则待测信号频率为：

Fx=FoMx/Mo

多周期同步测频法：是由闸门时间Tc与同步门控时间Td共同控制计数器计数的一种测量方法，待测信号频率与M/T法相同。

以上几种方法各有其优缺点：

脉冲数定时测频法，时间Tc为准确值，测量的精度主要取决于计数Mx的误差。其特点在于：测量方法简单，测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差较大。

脉冲周期测频法，此法的特点是低频检测时精度高，但当高频检测时误差较大。

脉冲数倍频测频法，其特点是待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低；精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。

脉冲数分频测频法，其特点是高频测量精度比T法高A倍，但控制电路也较复杂。

脉冲平均周期测频法，此法在测高频时精度较高，但在测低频信号时精度较低。

多周期同步测频法，此法的优点是，闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的±1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，达到了在整个测量频段等精度测量。

功能描述：

由于水平有限，本次设计采用相对简单的M法和T法两种方法测量简单方波的频率或脉宽（由于是输入简单方波信号，省去了被测输入信号通过脉冲形成电路进行放大与整形这个步骤）。利用AT89C51单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数或脉宽计时，计数（计时）的频率结果通过5位八段LED数码管显示器显示出来。

设计指标：

M 法由于T0、T1对外部脉冲信号的最高计数频率为振荡频率的1/24，而振荡频率为12MHz ，得M 法最高计数频率为500KHz ，而本设计设定最高计数频率即为500KHz 。误差要求尽量小。

T 法仅设定能测的外部脉宽范围为65536×20us ，以使定时计数器在不产生溢出中断的情况下进行测量。本设计的频率测量误差要求尽量小，实践证明误差控制在1/100范围内。

2 频率计的硬件电路设计

原理介绍

图2-1 数字式频率计原理框图

由上图可以看出，待测信号经过放大整形电路后得到一个待测信号的脉冲信号，然后通过计数器计数，可得到需要的频率值，最后送入译码显示电路中显示出来。但是控制部分相对重要，它在整个系统的运行中起至关重要的作用。

本设计控制电路和计数器电路以A T89C51为核心，译码显示电路采用单片机静态显示计数来显示，采用5位七段LED 数码管显示器。下面分节介绍各部分硬件电路： 放大整形电路 控制门电路

计数器电路 译码显示电路

待测

信号

2.1 控制、计数电路

单片机作为控制系统和计数器，是本次设计的最重要的部分，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。所以本次设计采用AT89C51单片机。

89C51单片机, 它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器，128字节的RAM，32条I/O线，2个16位定时器/计数器,，一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口，片上震荡器和时钟电路。其引脚说明如下：引脚说明：

·VCC：电源电压。

·GND：接地。

·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。

当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。

在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。

·P0口：P0口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P0口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P0口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P0口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。

·P1口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P1口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P1口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引