基于单片机的频率计设计-毕业设计

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1、基于单片机的频率计设计-毕业设计基于单片机的频率计设计前言频率计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测量方波脉冲的脉宽。通常频率以数字形式直接显示出来，简便易读。即所谓的数字频率计频率测量对生产过程监控有很重要的作用，可以发现系统运行中的异常情况，以便迅速作出处理。传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接采用基于单片机技术。而数字式频率计数器具有操作简单方便、响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时准确地测量低频信号的频率。频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间

2、段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为基电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。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，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小

3、于1秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确。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）和功能越来越强大的单片机的广泛应用。数字频率计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、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在AT89C51单片机上实现的频率计，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进，还可以进一步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精

4、确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。1AT89C51介绍1.1AT89C51介绍本频率计的设计以AT89C51单片机为核心，频率测量电路选用89C51作为频率计的信1号处理核心。89C51包含2个16位定时/计数器、1个具有同步移位寄存器方式的串行输入/输出口和4K×8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。4K×8位片内FLASH程序存储器用于放置系统软件。89C51与具有更大程序存储器的芯片管脚兼容，如：89C52(8K×8位)或89C

5、55(32K×8位)，为系统软件升级打下坚实的物质基础。利用它内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。单片机AT89C51内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成为定时器时，每个机器周期加1(使用12MHz时钟时，每1us加1)，这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时，在相应的外部引脚发生从1到0的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期(24个振荡周期)，所

6、以最大计数速率为时钟频率1/24(使用12MHz时钟时，最大计数速率为500KHz)。定时/计数器的工作由相应的运行控制位TR控制，当TR置1，定时/计数器开始计数；当TR清0，停止计数。AT89C51管脚图如图1.1-1所示：图1.1-1AT89C51管脚图21.2显示器在单片机应用系统中，常用的显示器主要有LED和LCD。共阴级八段数码管图如图1.2-1和图1.2-2所示：图1.2-1共阴极八段数码管图图1.2-2共阴极八段数码管图2系统设计32.1测量方案测量方案有很多种，如频率测量，周期测量，脉宽测量，占空比测量等。2.1.1频率测量频率测量采用直接测量

7、法时，当待测信号频率较低时，误差较大。间接测量法在低频段的测量精度高，但高频段的误差较大。组合测频法在低频时采用直接测量周期法测信号周期，然后换算成频率。高频时采用直接测频法，这种方法在一定程度上弥补了上述两种方法的不足，但是难以确定最佳分测点，且电路设计较复杂。因此要采用合理的组合方案。当信号为方波和正弦波，幅度为0.5~5V,频率为0.1Hz~30MHz,频率测量误差为0.1%。2.1.2周期测量周期测量方案与频率测量方案选择类似。当信号为方波和正弦波，幅度为0.5~5V,频率为1Hz~1MHz,周期测量误差为0.1%，频率为1Hz~1KHz,周期测量误差为

8、1%。测量并显示周期脉冲