基于89C51的数字频率计

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-1 单片机系统课程设计任务书

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-2 目录

1 引言 (2)

2 系统概述 (3)

频率测量原理 (3)

方案比较 (3)

方案选择 (4)

3 系统硬件设计 (4)

系统硬件总述 (4)

信号输入电路 (5)

开关电路 (6)

计数电路 (7)

AT89C51介绍 (8)

数字频率计显示电路 (9)

时钟控制电路 (10)

4．系统软件设计 (10)

系统软件总述 (11)

显示器初始化设计 (12)

计数子程序 (13)

数制转换子程序设计 (14)

显示子程序设计 (15)

5系统的功能调试 (16)

6 结论 (17)

参考文献 (18)

附录A (18)

附录B (19)

1 引言

单片机是20世纪中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路模块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和皮鞭接受及应用，51系列单片机还会在今后很长一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用时非常重要的。

数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较

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多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用汇编语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。

2 系统概述

频率测量原理

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下，计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。

方案比较

数字频率计是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

方案（一）：采用分立式元器件，运用数字电路技术，可以设计出数字频率计，原理框图如图2-1所示。

传统的数字频率计大多采用74LS系列数字集成电路直接测频，在使用过程中存在电路结构复杂，测量精度低、故障率高、维护不易等问题。

图2-1方案（一）原理框图

方案（二）采用51单片机作为控制器，运用较少的外围器件就可以设计出数字频率计。原理框图如图2-2所示。

本设计是以单片机为主再附加一些外围电路来设计数字频率计，通过单片机的软件设计，采用适当的算法，取代很多以前用硬件实现的电路，这不仅能-3

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弥补以往频率计测量精度低、故障率高、维护不易等不足，而且性能也得到了很大的提高。

图2-2 方案（二）原理框图

方案选择

对于生活上的简单用用而言，方案二完全符合应用要求，况且性价比更高一些，有实际的研究价值，故选择方案（二）。

3 系统硬件设计

系统硬件总述

本课题设计的频率计由单片机AT89C51 、计数器74HC393 、分频器MB501以及时钟晶振等构成。利用外扩的计数器74HC393和单片机AT89C51 内含的16 位计数器来构成多位计数器对待测信号计数。采用的双四位二进制计数器74HC393最高计数频率可达39MHz。若先对外部信号进行分频计数，再利用AT89C51对所测信号进行相对应的扩频，这样可使频率计的最高测量频率达GHz 数量级范围，由此达到频率计测量的范围的要求。该频率计测量范围为10Hz, ,分2 个频段实现。(1) 1Hz,60MHz (2) 50MHz,。

如图3-1所示，为频率计的原理

(1)信号输入电路:此部分包括两个小部分，第一部分是信号保护电路，是有两个反向并联的二极管组成。第二部分是由三极管、电容、电阻、电感组成的放大电路，用来提高输入阻抗和放大前级提供的微弱信号。

(2)分频电路:这部分只用于信号>50MHz的电路，实现对高频信号的分频。

(3)闸门选择电路:该频率计有两个信号输入端口，工作时先根据被测频率的大小来判断闸门电路应该与哪个端口电路接通，这样测出的频率比较精确

(4)计数器:由四块双四位二进制计数器74HC393、单片机AT89C51内部计数-4

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器T0共同构成，其中AT98C51内的计数器被设置成16位计数器。

(5)时钟提供:单片机频率计的关键在于时基信号的准确性和稳定性，它决定频率计的技术精度。

(6)显示:当待测信号的频率被测量出后由显示模块1602LCD显示出来。

图3-1 频率计原理方框图

信号输入电路

本频率计的输入电路分两个量程，分别对应两个频段。图3-2为信号输入1通道的电路图，其测量范围是1Hz,60MHz，图3-3为信号输入2通道的电路图，其测量范围是50MHz,。输入电路主要完成对被测信号的限幅、放大、整形与转换作用。

(1)信号输入1通道电路

信号输入1通道电路中，首先采用两个二极管对幅度较大的输入信号进行限幅。输入端采用R高通电路，下限频率可达1Hz。C，R，Q，R组成放大电路的射极输出器，用来提高输入阻抗。C，R，R，C，Q组成共射放大器，用来放大前级提供的微弱信号。在图3-2中，输入端接低频交流电压信号v(如音频i信号，频率为20Hz,20KHz)。输出端接负载电阻R，输出电压用v表示。

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图3-2 信号输入1通道的电路图

(2) 信号输入2通道电路

在频率计信号输入2通道的电路中，信号经过前两级的放大，被送到MB501

分频电路中，通过改变MB501引脚的接法，可以改变分频比，有256、128、64三种分频比。本电路接法是64分频，由3脚控制其是否接入电路，当MB501的

8脚为+5V时，分频器工作。AT89C51

的10脚可以判断信号输入2通道电路的工

作情况，从而来分辨信号输入端输入的是否是>50MHz的信号。

图3-3 信号输入2通道的电路图

开关电路

图3-4为开关电路，分频后的信号从MB501(4脚)输出。经过C隔直后送14到与非门74HC00的10脚，也就是U4C。当J2接通其1脚的时候，这时门U4C 打开，信号便能从10脚输入到8脚。信号从U4D的11脚输出，到达电子开关U4A的2脚，再从U4A的3脚输出送到分频 74HC393;经过74HC393的256分频，

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最后送到AT89C51的INT0口。

图3-4 开关电路图

计数电路

该频率计的计数电路是利用外扩的计数器74HC393和单片机AT89C51 内含的16 位计数器来构成多位计数器分别对待测信号计数的。在这里，将对待测信号计数的外部扩展的计数器74HC393的8脚引到AT89C51 的T0端，再利用AT89C51 的内部计数器即可构成多位计数器。图3-6为本频率计的计数电路。

数字频率计的计数电路的工作原理如下:计数一般是有时间的，取一段时间内脉冲的个数。比如1s …… 此处隐藏：8185字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……