基于单片机的简单频率计课程设计报告

《单片机原理与接口技术》课程设计报告

频率计

目录

测试数据处理，图表及现象描述 (10)

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6 附录（程序及注释） (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/ATo

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AT89C51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：

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0口与寄存器74LS164的A，B端口连接，串行输出待显示的数据。

口接移位寄存器74LS164的CLK(第8引脚)，输出同步时钟信号。

P3．5口(即T1)输入脉冲信号。

T法主要使用管脚为、、以及。其具体使用方法如下：

口接开关用于控制何时输出显示脉宽时间。

P3..0口与寄存器74LS164的A，B端口连接，串行输出待显示的数据。

口接移位寄存器74LS164的CLK(第8引脚)，输出同步时钟信号。

P3．5口(即T1)输入脉冲信号。

译码显示电路

显示电路采用静态显示方式。频率测量结果经过译码,通过89C51 的串行口送出。串行口工作于模式0 ,即同步移位寄存器方式。这时从89C51 的RXD(P3.

0) 输出数据,送至串入并出移位寄存器74164 的数据输入口A 和B ;从TXD( P3.

1) 输出时钟,送至74164 的时钟输入口CP。74164 将串行数据转换成并行数据,进行锁存。74164 输出的8 位并行数据送至8 段L ED ,实现测量数据的显示。使用这种方法主程序可不必扫描显示器,从而单片机可以进行下一次测量。这种方法也便于对显示位数进行扩展。

串行输入

7段LED并行输出