基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)

指导老师：答辩人：专业：年级：基于单片机的数字频率计的设计论文概要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，频率检测是电子测量领域最基本的测量之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都十分密切的关系。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，因此频率计的设计与实现具有重要的意义。本设计是基于学过的单片机技术和C语言，设计的一种数字式量程自动切换频率计数器，该频率计具有操作简单方便、响响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时准确的测量低频信号频率。论文主体结构

2341总系统设计与分析单元电路设计与分析结论与谢词总设计仿真与调试总系统设计与分析1.1设计内容利用电源、单片机、放大整形电路及LED数码管显示等模块，设计一个简易的频率计能够较精确的测量出被测信号的频率。参数要求如下：1．测量范围为：1HZ—200KHZ；2．用四位数码管动态显示测量值；3．能根据输入信号按2KHz、20KHz、200KHz三种档位自动切换量程；4.能测量正弦波、方波、三角波等多种波形信号的频率值。1.2设计思路

测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。常用的频率测量方法主要有两种：直接测频法和间接测频法（即测周期法）。直接测频法在低频段的相对测量误差较大，故常用于测量高频信号；测周期法在高频段的相对测量误差较大，更适合于测量低频信号由于本次设计的实际测量范围为1Hz～200KHz左右，主要是针对在低频段的测量，且由于单片机具有程序运算功能，频率为周期的倒数，这样使得频率测量与周期测量可以互通，故此次设计采用间接测量法（测周期法）。其原理图如下所示：

被测闸门信号高频基准信号实际检出已知信号未知1.3电路设计

数字频率计系统设计共包括四大模块：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块及ＬＥＤ显示模块。

数字频率计设计总框图如下：被测信号放大整形电路单片机LED显示电源电路1.4原理图单元电路设计与分析2.1控制电路模块

单片机模块主要以AT89C5l为核心，频率测量电路选用AT89C5l作为频率计的信号处理核心。AT89C51单片机内部具有两个16位的定时/计数器T0和T1，使用定时/计数器T0和T1，将T１设置为定时方式，每50ms产生一次中断，产生20次中断所用的时间正好为1S；将T０设置在计数方式，初值为0，计数65536次后产生一次溢出中断，并对溢出的次数计数（计数值N），1S内所计的总脉冲为65536×N+TH０×256+TL０，这个数为计数被测信号的频率值。把T1做计数器使用时，它最快计数速率是系统时钟的1/24，单片机的晶振为12MHZ，那么它的计数速率为500KHZ，最低计数速率为10HZ（经验值）。当主控门关闭时，经延时整形电路的延时后，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器置0，为后续新的一次采样做好准备，即能锁住一次显示的时间，直到接受新的一次采样为止。显示方式采用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变。ＡＴ８９Ｃ５１单片机引脚图：

由图可知，AT89C51单片机共有40个引脚，32条I/O线，它包含2个16位定时／计数器、4K字节的程序存储器、128字节的RAM、32条I/O线、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、时钟电路、1个具有同步移位寄存器方式的串行输入／输出口和4Kx8位片内FLASH程序存储器。16位定时／计数器用于实现待测信号的频率测量或者待测信号的周期测量。同步移位寄存器方式的串行输入／输出口用于把测量结果送到显示电路。AT89C51路构成的单片机电路2.2电源电路

本电路主要应用整流系统和稳压器LM317组成的电压源电路来实现最终设计，在此电路中，经过整流滤波和LM317自身的稳压作用，所以使电路的稳定性增加。本设计主要基于输出电压、范围设计，设计原理图如下所示：2.3放大整形电路

放大电路由晶体管2N4123与74LS00等组成，其中2N4123组成放大器将输入频率为fX的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。放大整形电路如下图所示：

2.4显示电路

显示模块由频率值显示电路和量程转换指示电路组成。频率值显示电路采用四位共阳极数码管动态显示频率计被测数值。量程转换指示电路由三个LED分别指示2KHz、20KHz及200KHz档，使读数简单可观。

LED档位指示原理电路数码管显示电路原理图

总设计仿真与调试3.1电源电路的仿真

由所设计的电源电路图得到的仿真结果如下：(a)(b)(c)(d)电源电路仿真结果上图为所设计的电源电压仿真结果，其中(a)为变压器输入电压220V，频率为50Hz；(b)为变压器输出电压17V，通过之前分析计算，要求变压器输出电压大于等于17V，由(b)仿真结果看出，满足要求；(c)为滑动变阻器最小时的输出电压20.6V；(d)为滑动变阻器最大的的输出电压1.28V，所设计的直流电源电压范围为5V~15V，由(c)和(d)看出，输出电压也满足要求。由此可得，所设计的直流稳压电源满足设计目的。仿真结果分析3.2放大整形电路的仿真

放大整形电路的仿真结果如图15所示：

（a）正弦波整形仿真结果(b)方波整形仿真结果

图(a)为输入正弦波信号时的情况，由仿真结果看出输出为矩形脉冲信号，调节滑动变阻器的阻值可以改变输出方波信号的占空比。其中，放大整形电路所提供的直流电源为+5V，幅度为10V，频率为1KHz，输出结果如上。图(b)为输入方波信号时的情况，由仿真结果看出输出为矩形脉冲信号。其中，直流电源为+5V，频率为1KHz，输出结果如上所示。由仿真结果看出，所设计的放大整形电路满足设计要求，