简易频率测量仪

一、设计任务和主要内容

1、设计题目 简易频率测量仪

2、设计内容与要求

对800—1200HZ 中频电源进行频率监控，测量精度不低于1%并用数码管实时显示被测脉冲频率值。

（1）信号传送：对被测信号实现两个转换：强电→弱电；正弦→方波 （2）频率计算：计算频率并保存两位小数 （3）频率显示：十六进制→BCD 码 3、设计目的

1.通过亲身的设计应用电路，将所用的理论知识应用到实践中，增强实践动手能力，进而促进理论知识的强化。

2.通过频率计的设计系统掌握单片机的应用。根据课题的要求，提出选择设计方案，查找所需元器，编程写入EPROM 并进行调试等。

3.通过频率计的设计，掌握单片机的扩展芯片CD4093B 的应用

二、设计原理

1.频率计

频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。利用放大整形电路将输入信号整形为方波，即将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x 。通过利用计数器测量1s 内脉冲的个数，利用锁存器锁存， 稳定显示在数码管上，即可。频率，即是周期信号在单位时间（1s ）内变化的次数。若在一定时间间隔T 内测得这个周期信号的重复变化次数N ，则其频率就可以表示：

T N =f

由于计数器计得的脉冲数N 是在1秒时间内的累计数，所以被测频率NHZ x =f 。 我们选择通过待测电路产生的脉冲信号与基准电路的脉冲信号比较计数的总体思路，即时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，其周期为1s ，门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s 。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。测量结果便以数字显示的方式读出，实现设计要求。 2. STC89C52

S TC89C52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。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C52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。 具有以下标准功能： 8k 字节Flash ，512字节RAM ， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM ，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种

软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T 可选。其引脚如图1。

STC89C52引脚图

3.三端稳压集成电路7805

常见的三端稳压集成电路有正电压输出的7805，顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。7805参数表见图2.

图2 7805参数表

三、方案的选择

1、主控制器选择

采用单片机作为整个控制系统的核心。从可行性、可靠性及成本等方面考虑，我们采用了STC89C52单片机。利用单片机多中断源的协调处理能力，

通过一个定时器计时一个定时器计数方式采集频率信号。

2、计时方案选择

采用MCU 内部定时器。STC89C52内部含有定时器，可以利用一个定时

器计时与一个定时器计数方式采集频率信号。

3、显示方案选择

使用数码管显示。根据设计要求显示格式XXXX。可以准确的显示频率

大小，又由于数码管简单便宜且满足设计要求，所以选着数码管显示比较合理。

四、基本电路设计

1、系统原理框图

选择AT89C51作为单片机芯片，选用两位8段共阴极LED数码管实现频率显示，利用8279作I/O口扩展，连接数码管和键盘。通过定时器1计时方式，定时器0计数方式，定时每秒钟对外部频率计数，把计数值通过8279芯片在数码管上显示。如图3所示。

图3 系统原理框图

2.时钟电路

单片机的时钟一般需要多相时钟，所以时钟电路由振荡器和分频器组成。

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配电容C1、C2如图2所示，就构成一个自激振荡器。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHz可适当选取某一频率。匹配电容C1、C2要根据

石英晶体振荡器的要求选取。

当晶振频率为12MHz时,C1C2一般选30pF左右。上述电路是靠CD4093B单片机内部电路产生振荡的。也可以由外部振荡器或时钟直接驱动CD4093B。本设计采用内部电路产生振荡。

3.复位电路

RST引脚是复位端，高电平有效。在该引脚输入至少连续两个机器周期以上的高电平，单片机复位。RST引脚内部有一个斯密特ST触发器以对输入信号整形，保证内部复位电路的可靠，所以外部输入信号不一定要求是数字波形。使用时，一般在此引脚与VSS引脚之间接一个8.2kΩ的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10μF的电解电容，即可保证上电自动复位。

图5自动和手动复位电路图

上电或手动复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或手动复位的操作。本设计采用手动复位电路。

图4时钟电路的内部及外部方式