数字频率计

摘要

随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行较慢，而且测量频率的范围较小。本方案以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。

本课设硬件方面以单片机AT89S52为核心，通过独立式键盘输入，运用单片机的运算和控制功能并采用数码管将所测频率显示出来。软件方面采用C语言编程，运用定时计数器测量频率，再调显示函数，将测得的结果显示在数码管上。系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。

关键词：频率计；AT89S52;数码管

目录

1 设计任务与要求 (1)

1.1 设计课题任务 (1)

1.2 设计内容 (1)

1.3 设计要求 (1)

1.4 设计课题总体方案介绍及工作原理说明 (1)

1.4.1 设计思路 (1)

1.4.2 频率计工作原理 (2)

2 硬件系统的设计 (3)

2.1 单片机AT89S52 (3)

2.2 晶振电路 (3)

2.3 按键电路 (4)

2.4 复位电路 (5)

2.5 显示电路 (5)

2.6 下载电路 (6)

2.7 电源电路 (7)

3 软件系统的设计 (8)

3.1 软件系统各模块功能简要介绍 (8)

3.2 软件系统程序流程框图 (9)

4 调试与分析 (12)

4.1 使用说明 (12)

4.2 结果显示 (12)

4.3 误差分析 (13)

结束语 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

附录 (18)

附录A 程序 (18)

附录B 电路原理图 (25)

附录C 实物图 (26)

附录D PCB图 (27)

1 设计任务与要求

1.1 设计课题任务

设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。

1.2 设计内容

（1）、频率计的硬件系统：

单片机最小系统模块；

供电模块；

显示模块；

键盘模块。

（2）、频率计的软件系统：

系统监控程序模块；

显示程序模块；

键盘程序模块；

频率测量程序模块；

周期测量程序模块；

脉宽测量程序模块；

占空比测量程序模块。

1.3 设计要求

该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。

被测信号频率范围：10Hz至500KHz。

1.4 设计课题总体方案介绍及工作原理说明

1.4.1 设计思路

本次设计主要分成两大方面：硬件电路的设计和软件程序的设计。硬件电路方面，采用单片机最小系统，便可实现课题要求。程序的设计方面，本人采用C 语言编写程序。其整体框图如图1所示:

图1 单片机整体框图

1.4.2 频率计工作原理

此数字频率计是利用单片机的P3.5(T1)引脚作为被测矩形波信号输入端，且单片机晶振FOSC=12MHZ，当第一个键被按下时，此时测的是频率，被测矩形波信号从P3.5进入单片机，同时启动定时器T0和计数器T1，T1是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，工作在计数状态下的T1的最大计数值为FOSC/24，由于FOSC=12MHz，则：T1的最大计数频率为500KHz，T0是工作在定时状态下，每定时1秒，就停止T1的计数，而从T1的计数单元中读取的计数值在进行数据处理后，送到数码显示管显示出来，因为T0工作在定时状态下的最大定时时间为65ms，达不到1秒的定时，所以采用50ms，共定时20次。当第二个键被按下时，此时测的是周期；当被测矩形波信号输入到P3.5口为高电平时，启动T0对其计数测出为高电平时的一个计数值，记录计数值，当被测矩形波信号输入到P3.5口为低电平时，启动T0对其计数测出为低电平时的一个计数值，记录计数值。两个计数值的和则为被测信号的周期；当第三个键被按下时，此时测的是脉宽，被测矩形波信号输入到P3.5后，测量电路在检测到脉冲的上升沿时打开定时器，在下降沿时关掉定时器，当P3.5由高电平变为低电平，定时器停止，读出定时器的值，这样通过对单片机自身的周期的计数，便得到了脉宽；当第四个键被按下时，此时测的是占空比，可直接用测量得到的脉宽U比上周期T，即H=U/T，便得到了占空比。

2 硬件系统的设计

2.1 单片机AT89S52

硬件系统的核心处理器，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，这也使得其为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

单片机的引脚排列图如图2所示：

图2 单片机引脚图

2.2 晶振电路

AT89S52内部含有一个振荡器，可以作为CPU的时钟源，也可以由外部振荡器输入时钟信号，作为CPU的时钟源。高频率的时钟有利于程序更快的运行，也可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适的频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，这里采用的便是晶振频率FOSC=12MHz。

晶振电路如图3所示：