数字频率计的设于实现

PAGE1标题:数字频率的设计于实现数字频率计的设于实现本文论述了基于单片机的数字频率计的实现，介绍了开发频率计所需要的各种软件。详细阐明了频率计的设计步骤以及方法，通过以89C52单片机为核心，利用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码管将所测频率显示出来。本频率计设计简洁，适用范围广。关键词:单片机;数字频率计;计数器;目录绪论······························································1一、频率计概述····················································41.1频率计原理·····················································51.2频率计设计方····················································5二、频率计的总体方案及硬件设·······································62.1单片机部分······················································62.2控制电路·······················································62.3锁存部分························································82.4显示部分························································9三、频率计的软件设计················································103.1相关开发工具简介···············································103.1.1KEIL软件简介···············································103.1.2STC-ISP简介·················································103.1.3PROTEL99se简介············································113.2软件程序设计···················································113.2.1程序流程图···················································123.2.2程序的功能实现过程··········································123.2.2（1）程序···················································123.3频率计仿真运行调试·············································144结束语···························································17参考文献··························································18绪论随着科学技术的发展，用户对电子计数器提出了新的要求。对于耐性产品，要求它们易于使用和操作，范围广，可靠性高且价格低廉。对于高端产品，需要高分辨率，高精度，高稳定性和高测量速率。除通用计数器的功能外，它还包括数据处理功能，时域分析功能等，或其他功能，例如电压测量。其中一些要求已经实现或部分实现，但是要真正实现这些目标，制造商还有很多工作要做，而不是发展到最后。

随着微电子技术和计算机技术的发展，频率表不断提高，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断增强。在测试通信，微波设备或产品时，它们通常是更复杂的信号，例如包含复杂频率分量，已调制或包含未知频率分量，固定或可变频率，纯净或叠加了干扰等的信号。为了正确识别信号以测量不同类型，有必要了解要测量的信号的特性以及各种频率测量仪器的性能。

数字电路设计，制造和工业生产的发展促使控制系统设计人员在较小的室内空间中执行大量功能，从而提高了可靠性指标和效率。当前，数字频率计不仅是用于精确测量数据信号的频率的装置，而且还可以精确地测量波形的单个脉冲的脉冲宽度。频率表在每个人的日常生活中也起着越来越重要的作用。例如，使用数字频率计来监督处理过程，以便及时处理系统软件运行中的异常现象，方便大家改变态度，解决问题。数字频率计是一种使用数字显示信息来测量被测数据信号的频率的仪器和设备。所测量的数据信号可以是正弦波形，波形或其他规则变换的数据信号。如果装有合适的传感器，则可以测量各种标量。执行测试，例如阻尼振动频率，速比，声音频率和产品记录。因此，数字频率计的应用前景十分普遍。

该方案的关键是单片机的设计方案。它将测量的信号转发到大多数信号放大电路，然后将其发送到波形整形电路以进行整形和清洗，然后将测量的波形转换为波形。单片机的电子计数器和定时器功能用于对精确测量的信号进行计数。编译相关的操作程序，可以使单片机自动调整准确测量的检测范围，并将测得的频率数据信息发送到显示电路显示屏。

硬件配置键的一部分由数据信号输入，放大和整形控制模块，单片机设计模块，分频控制模块和显示信息电源电路控制模块组成。AT89C52单片机的设计是频率表的操作，测量数据信号的计数，解码器，显示信息和分频比控制的关键。使用其内部定时执行/电子计数器可以准确地测量被测数据信号的频率。在整个设计过程中，制造的频率表选择一个外部分频器来完成10Hz〜10KHz频率的准确测量，并可以完成测量范围的自动转换步骤。以AT89C52单片机设计为关键，根据单片机设计内部定时执行/电子计数器自动门时间，方便准确的频率测量。用四位公共负数字显示管显示测得的频率值，并且可以自动转换测量范围。每个公司都有三个LED标牌。

在软件设计中，使用C语言进行编程，并在Proteus和Keil软件的帮助下进行了仿真，以验证设计原理和检测方法。最后，做一个物理对象并测量正弦波和方波的频率，以验证设计是否满足要求。

1频率计概述1.1频率计原理频率就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。数字频率计是计算机、通信设备、音频视频等科研生产领域中不可缺少的测量仪器，它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。1.2频率计设计方法以前的大多数电表都是采用TTL数字电路设计和设计制成的，它们的电源电路复杂，功耗大，体积大，成本增加。然后大规模专用IC（集成电路芯片）的出现促使频率计数器的设计和开发变得越来越简单，但是由于价格高昂，IC设计方案在数字频率计数器中的使用相对较少。。自成立以来，单片机的设计一直在不断改进和完善，其资源可以考虑许多应用场合的必要性。另外，单片机的设计具有处理速度快，效果强，速度快，体积小，功能损失小，使用方便，质量高等优点，具有价格优廉，价格低廉的特点，因此得到了广泛的应用。在许多行业中，并已逐渐取代了目前的两芯片微机软件系统。每个人都越来越重视单片机设计的发展潜力。当今，有很多采用CMOS处理技术的单芯片微设计。由于功能损耗低，应用温度范围宽，抗干扰能力强，并且可以考虑某些特殊要求的应用场所，因此扩展了单芯片设计的使用范围。该类别还进一步促进了MCU设计功能的发展趋势。本文考虑一种频率计，该频率计使用单片机设计作为运行服务平台的设计计划。所有设计计划均使用定期执行和计数方法来准确测量频率。它不仅有效，而且具有体积小，精度高，安全性强和设计计划好的优点。它很简单，大大降低了设计成本和复杂性。由单片机设计并完成的数字频率计的频率测量方法包括以下几类：脉冲数定时频率测量方法，单脉冲周期时间频率测量方法，脉冲数存储器超频频率测量方法,脉冲数分频测频法，脉冲平均周期测频法，多周期同步测频法。本设计想设计一个低速计数器，用于对实验室的各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。所以设计中采用了相对简单的脉冲数定时测频法，利用STC89C52单片机的T0、T2的定时计数器功能，来完成对输入信号进行频率测量，频率结果通过5位八段数码管显示器显示出来。2频率计的总体方案及硬件设计本设计方案是一种由单片机设计控制的频率表。单片机设计的电子计数器对输入波形进行计数，单片机设计的定时器执行内部定时，最后根据锁存的信息显示电源电路显示信息标记值。频率表是由功能不同的电源电路组成的详细电源电路。通用频率表由四部分组成：被测数字时钟电源电路，计数电源电路，控制电路及其输出显示信息电源电路。电源电路中被测数字时钟的功能是将测得的数据信号转换为差分信号。计数电源电路用于对测量数据信号进行精确计数。输出显示信息电源电路将计算通过计数获得的标准值，然后根据数字显示管或LCD屏幕进行分辨率计算；控制回路是整个电源电路工作的一部分，可以控制计数的开始和结束，或者增强频率计的新作用。频率计的每个功能电源电路相互配合，因此可以更精确地测量数据信号的频率。由于单片机设计具有较高的内部振荡频率，因此振荡周期的定量分析偏差很小，可以提高低频数据信号准确测量的精度。本设计整体设计思路如框图2.1所示。控制电路输入被测信号显示电路计数电路控制电路输入被测信号显示电路计数电路图2.1设计思路框图2.1单片机部分单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本次设计采用了STC89C52单片机,STC89C52是低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含可反复擦写的只读程序存储器。如图2.2所示图2.2单片机系统板上硬件连线：（1）把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7(实际焊接中用P1)与“动态数码显示”区域中SN74HC573锁存器端口D0—D7用排线连接。（2）把“单片机系统”区域中的P2.6－P2.7与“动态数码显示”区域中的SN74HC573锁存器端口的LE相连。（3）把“单片机系统”区域中的P3.4（T0）端子用导线连接到“频率产生器”区域中的WAVE端子上。2.2控制电路单片机设计为自动控制系统和电子计数器，这是设计计划中最重要的部分。AT89C51是一款闪存可编程控制器，具有4k高清晰度字节数。可擦写只读存储器（FPEROM-Falsh可编程和可擦写只读存储器）低电压，性能卓越的CMOS八位微控制器，采用别名单芯片设计。这些组件使用ATMEL高密度非易失性存储器生产技术制造，该技术与行业标准的MCS-51命令系统和输出引脚兼容。由于智能八位CPU和闪存结合在单独的集成ic中，因此ATMEL的AT89C51是高效微处理器，对于许多嵌入式自动控制系统而言，它具有很高的协调能力，高质量和低价格。计划。因此，本设计程序采用AT89C51微控制器设计。89C51单片机设计，具有以下规格：4k高清晰度字节程序存储器，128字节RAM，32个I/O线，两个16位定时器/电子计数器，5个终止源2A优先终止配置，双工串行接口，位于振荡器和晶体振荡器电路上方。其引脚说明如下：引脚说明：·VCC：电源电压。·GND：接地。·P0口：P0端口是一组八位漏极引线型双I/O端口。当用作输出端口时，每个引脚可以驱动八个TTL逻辑门电路。端口号0装入1时，可以用作特性阻抗高的输入端子。当P0端口浏览外部程序存储器或数据信息存储时，也可以将其设置为重复使用详细地址系统总线。这样，P0端口具有一个内部上拉电阻。编写EPROM程序时，P0端口接受命令字节数，并在检查程序流程时另外输出命令字节数。检查程序流程时，必须在外部连接一个上拉电阻。·P0端口：P0端口是一个带有内部上拉电阻的八位双I/O端口。P0端口的输出缓冲器可以接受或输出4个TTL逻辑门电路。向端口P0写入1时，它们会被内部上拉电阻上拉为上拉电阻，然后可用作上拉端子。当用作键输入时，P0内部具有一个上拉电阻，因此当外部空间减小时，它会输出一个低电流（IIL）。·P1端口：P2是一个带有内部上拉电阻的八位双I/O端口号。P1端口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。向端口P1写入1时，根据内部上拉电阻将端口号上拉至上拉电阻，可用作按键输入。作为按键输入，由于内部上拉电阻，当某个引脚被外部数据信号降低时，输出电流（IIL）被输出。当P2端口浏览具有16位详细地址的外部程序存储器或外部数据信息存储（例如MOVX@DPTR）时，P2端口将发出高位详细地址数据信息。在这种情况下，P2端口在输出1时会使用一个强大的内部上拉电阻。当使用8位详细地址线浏览外部数据信息存储（例如MOVX@R1）时，P2端口将输出内容。独特的功能存储器。编写或检查EPROM程序时，P2端口还接受高8位详细地址和一些操作数据信号。·P3端口：P3是带有内部上拉电阻的八位双I/O端口号。P3端口的输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑门电路。向端口P3写入1时，根据内部上拉电阻将端口号上拉至上拉电阻，可用作键输入。作为按键输入，由于内部上拉电阻，当某个引脚被外部数据信号降低时，输出电流（IIL）被输出。P3端口还具有AT89C51的各种独特功能。P3.0的第二个功能是串行通信密钥条目RXD，P3.1的第​​二个功能是串行通信输出端口TXD，P3.2的第二个功能是外部中断0，P3.3的第二个角色是外部中断1，P3.4的第二个角色是定时器T0，P3.5的第二个角色是定时器T1，P3.6的第二个角色是外部数据信息存储写选通/WR，P3.7的第二功能是外部数据存储器读选通/RD。M法主要使用管脚为P3.0、P3.1以及P3.5。其具体使用方法如下：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。

P3.1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P2.0、P3.0、P3.1以及P3.3。其具体使用方法如下：P2.0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。

P3.1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。2.3锁存部分锁存部分是由两个74HC573组成。两个锁存器上的LE分别接单片机上的P2.6、P2.7口，用于传输段和位的数据。当LE为1时，锁存器对于数据是透明的D0～D7的数据能够透明传输到Q0～Q7；当LE为0时，输入端D0～D7的数据将被锁存到输出端Q0～Q7。加这两个锁存器的作用是对P1口的资源利用，可以通过2个锁存器同时对数码管的段和位同时选择，实现数码管的动态显示。如图2.3所示。图2.3锁存器2.4显示部分显示信息的过程流程将频率值和测量范围放入数字显示管和LED管中以显示信息。由于所有4个数字显示管的8段选择线都是由单片机设计的P0端口操作的，因此，这4个数字显示管在每个瞬间都会显示相同的信息标识符。如果每个显示信息具有不同的标识符，请确保使用扫描仪打开数字显示管，即，每次仅点亮特定的显示字符，并且每个P1.0-P1点亮数字显示管。3。此时，段选择控制端口P0输出相对标识符。P2.4-P2.6操作三个发光二极管，根据不同的色调指示在测量范围内的档位不同。P1.0-P1.3匹配普通阳极氧化数字显示管的1，2，3，4;P0.0-P0.7匹配普通阳极氧化数字显示管F，G，DP的A，B，C，D，E；P2.4-P2.6匹配发光二极管的色相：翠绿色（MHZ文件），浅黄色（KHZ），鲜红色（HZ）。发光二极管已满，表明测得的数据信号频率超出了检测范围。显示模块框图：图2.4显示子程序流程图图2.4.1数码管3频率计的软件设计3.1相关开发工具简介3.1.1KEIL软件简介频率表设计过程中软件开发的关键部分是KEILSoftware的KEILuv4for80c51编译系统。该手机软件是适用于单芯片设计的51系列产品的开发软件系统软件。它可以使用汇编语言和C语言作为Type的源代码，自然进行C语言和汇编语言的比较，在功能，功能，易读性和可伸缩性方面具有明显的优势，但是编译器的效率和编码的改进都不如作为汇编器，请输入C51和C51c语言编译器将每个源代码转换为整体目标文档（.OBJ）。用C语言或汇编语言编写的源代码KEILC51可以有效地转换为整体目标代码，整体目标可以通过LIB51建立并转换为库文件，也可以转换为Intel标准的Hex文件通过L51连接并与库文件一起精确定位。十六进制文件是可以由单片机设计识别和实现的文件。可以使用开发板将Hex文件免费下载到微控制器设计中。如图3.1所示，KEIL进入页面。图3.1KEIL界面3.1.2STC-ISP简介前面提到STC公司的单片机能够执行KEIL编译系统生成的Hex文件，那么如何将Hex文件下载到单片机中呢，我们采用的是STC公司自主研发的一款STC-ISP单片机下载编程烧录软件，主要是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机，使用过程中只要将单片机通过USB接口电路和电脑主机相连接，装上驱动程序，打开STC-ISP软件就可以识别到单片机，选择好芯片型号和要下载的程序就可以完成下载功能，现已被广泛使用。如图3.2为STC-ISP下载界面。图3.2STC-ISP下载界面。3.1.3PROTEL99se简介在频率计设计的硬件配置电路原理部分中，关键应用是由PROTELTechnology开发和设计的PROTEL99SE手机软件。该手机软件基于Windows自然环境中的电路板设计手机软件。PROTEL99SE的关键由绝大多数电路设计计划（高级原理图）和印刷电路板设计（高级PCB）组成。它具有完整的功能和工业特性。触摸屏友好，易于理解且实用。它可以显示一些电子组件的常见电路图，例如单芯片设计。手机软件的应用可以绘制频率计的设计原理图，并可以执行电气设备标准的电路图。如果标准允许，性分析也可以设计PCB来制作详细的硬件配置商品。如图3.3为PROTEL设计页面。图3.3PROTEL设计页面3.2软件程序设计基于单片机的频率计是一种硬件+软件的模式，也就是一种嵌入式产品，所以在频率计的设计过程中要考虑到硬件和软件两方面的设计，具体的软件要根据硬件电路来编写（），为了高质量的完成设计，一般都是首先搭建硬件电路，再电路完成的基础上再编写软件。用单片机设计频率计通常采用两种计数办法，第一种方法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数；第二种方法是单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。第一种方法的好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器。因此本文采用第一种方法。3.2.1程序流程图开始入口系统初始化频率计数显示3.2.2程序的功能实现过程（1）单片机定时计数原理和设置单片机设计的内部定时执行是晶体振荡器电路的12分频计数，计数源是内部差分信号。在每个振荡周期的S5P2情况下，电子计数器都会对T1端口号进行采样。当一个振荡周期的采样为1，而下一振荡周期的采样为0时，电子计数器加1计数。电子计算机使用2个振荡周期来识别计数，因此较大的计数速度为振荡频率的1/24。在选择12MHz晶体振荡器电路的条件下，单片机设计具有0.5MHz或500kHz的较大计数率。此外，对外部恶性事件计数的单个脉冲的压摆率没有特殊要求，但是必须确保在更改结果上拉电阻之前至少对其采样一次，即在最少保持详细的振荡周期。不难看出，从T0端口脉冲信号数据信号来看，T0可以完成对单个脉冲数的计数。当将执行时间的电子计数器T0设置为计数方法时，计数单脉冲是从T0端口号派生的外部恶性事件。当T0端口号上出现一个从“1”（上拉电阻）到“0”（低频）的负振荡单个脉冲时，电子计数器加1。使用手机软件为计时器/电子计数器的方法存储器TMOD分配了初始值0x06。此时，计时器/电子计数器T0选择工作模式2，即，T0是初始值电子计数器的八位全自动重新安装。选择计时器/电子计数器T2作为全自动重新安装初始值计时器，该设计方案一次执行62.5ms，并在固定时间执行中断程序中定义变量计数16次达到1s定时。当达到1s时进入定时器2中断，使计数值被记录到缓冲数据数组，最后通过主函数显示出来。见程序如下voiddelay(unsignedinta){ unsignedchari; while(a--!=0) for(i=125;i>0;i--);}延时程序为1ms。由于执行一条for（）语句为4us所以循环两次delay（2）为1ms。voidtimer_init(void){ TMOD=0x06; TH0=0; TL0=0; TR0=1; ET0=1; RCAP2H=(65536-62500)/256; RCAP2L=(65536-62500)%256; TH2=RCAP2H; TL2=RCAP2L; ET2=1; TR2=1; EA=1;}定时器/计数器初始化程序。voidtimer2(void)interrupt5{unsignedinti; time++; TF2=0; if(time==16) { time=0; EA=0; fre=(long)count*256+TL0;for(i=0;i<=5;i++) { dis_buffer[i]=fre%10; fre=fre/10;} TL0=0; TH0=0; count=0; EA=1; }}定时器T2中断程序。voidmain(){ timer_init(); while(1) { inti; for(i=0;i<=4;i++) { duans=1; P1=dis_code[dis_buffer[i]]; duans=0; weis=1; P1=dis_bit[i]; weis=0;