基于单片机高性价比频率计的设计与实现

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1、基于单片机高性价比频率计的设计与实现摘要：该系统以8051单片机为核心，应用单片机的运算和控制功能并采用LED显示器实时地将所测频率显示出来，既满足测量的精度要求, 又具有很好的性能价格比。关键词：单片机  同步  频率测量1系统测量原理测量方法采用多周期同步测量法，保证了测量精度。多周期同步测量原理与传统的频率和周期的测量原理不同，时钟信号(f0)经同步电路作用后与被测信号同步。主门与主门在时间T内被同时打开，于是计数器和计数器便分别对被测信号和时钟信号的周期数进行累计。在T内，事件计数器的累

2、加数为Na；时间计数器的累加数为Nb。再由单片机运算得出被测频率为（Na/Nb）×f。由于D触发器的同步作用，计数器所记录的Na值已不存正负1误差的影响。但由于时钟信号与闸门的开和关无确定的相位关系，计数器所记录的Nb值仍存在正负1误差的影响，由于时钟频率很高，正负1误差影响小，所以测量精度与被测信号频率无关，且在全频段的测量精度是均衡的。图1系统测量原理框图2系统硬件设计在频率计设计中，硬件电路采用了8051单片机、双四位二进制计数器74LS393、缓存器74LS244、8155带RAM和定时

3、器/计数器的可编程并行接口芯片、16K程序存储器扩展芯片2716、十倍分频器74s196、反向器74ls14、反向驱动器7406、7407等。所采用的芯片技术成熟，性能可靠，性价比较高。系统硬件主要由四部分组成:通道部分、计数器部分、单片机控制和接口部分、显示部分。2.1通道部分本频率计的输入通道由两部分组成，第一部分就是常见的信号预处理电路，包括对被测信号的放大、整形、滤波等等。第一级由开关三极管构成的零偏置放大器，三极管采用开关三极管以保证放大器具有良好的高频响应。第二级是由74LS14施密

4、特触发器构成的电路。施密特触发器一方面起到整形作用，用于把放大器生成的单相脉冲信号转换成与TTl/CMOS兼容的方波信号。另一方面其滞后带宽可以有效抑制信号中的干扰。第三级是由74ls196构成的分频器电路。本机设计测频范围20HZ～100MHZ，当被测频率大于10MHZ时，需经分频电路分频后再送入计数器电路。第四级是由4N25构成的光电隔离电路，用于把输入的电信号转化为光信号进行传输，从而把测量电路与外界干扰隔开，能有效地保证测量精度。第二部分是同步门电路，它的作用是保证被测信号和频率基准信号

5、同时进入测量电路。其构成主要包括由与门组成的主门I和主门II，以及由D触发器构成的同步门控制电路，主门I控制被测信号fx的通过，主门II控制时钟信号f的通过。2.2计数器部分计数器包括时间计数器和事件计数器两部分，它们是完全相同的计数电路。分别由前后两级组成，前级电路由高速的TTL计数器74LS393构成八位二进制计数器；后级由单片机内的计数器构成十六位二进制计数器。计数前，先由P1.3发计数器清零信号，计数后通过74LS244缓冲器将测量结果读入内存。这样设计既充分利用了硬件资源，又大大提高了

6、测量频率范围。图2计数器电路图2.3单片机控制和接口部分8051单片机的任务是进行整机测量过程的控制、故障的自动检测以及测量结果的处理与显示等。P1口与P2口被用于施加各种控制信号，其中：P1.0作为预置闸门时间的控制线；P1.1作为同部门控制电路的复位信号线；P1.2用于查询闸门时间的状态线；P1.3作为计数器复位信号线。单片机内部有两个16位二进制定时/计数器，用做两个主计数器的一部分，并通过T0,T1分别与外部事件计数器和时间计数器的进位端相接。外部的时间计数器和事件计数器的测量结果分别通

7、过扩展输入口与P0口相连。8155作为单片机的扩展I/O口，主要用来与显示电路接口，8155内部的14位计数器被用来作为本机的闸门时间计数器，定时器的输入信号取自单片机ALE端；定时器的输出与单片机的INT1相连，作为中断信号。2.4显示部分采用8位LED数码管进行显示。这是一个较为典型的采用8155并行口组成的显示电路。八位LED显示采用了动态显示软件译码工作方式。LED显示器选用共阴极，段码由8155PA口提供，位选码8155PB口提供。其中7406反向驱动器做作为位选码驱动器，这是因为81

8、55PB口正逻辑输出的位控与共阴极LED要求的低电平点亮正好相反，即当PB口位控线输出高电平时，点亮一位LED。7407是同相驱动器，作段选码驱动器。3系统软件设计软件采用汇编语言编写，应用模块化设计方法，主要包括中断监控服务程序，数值比较子程序，数据处理子程序，十进制转换子程序，LED显示子程序。主流程图如下：图3程序主流程图程序编写较难的部分是数据处理部分，它涉及到多字节的乘除法。因为乘数和被乘数各为三字节，因此需要进行九次乘法运算，得到九个部分积。我们知道MULAB指令，把累加器A和寄存器