简易数字频计.doc

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1、摘要本数字频率计的功能是测量正弦波、方波的频率和周期以及脉冲的宽度和占空比，不同测量功能用不同颜色的发光二级管指示。待测信号正弦波、方波的频率为0.1Hz~20MkHz、幅度为0.1V~10V，脉冲波宽度大于100μs、幅度为0.1V~10V、占空比为5%～95%。本方案主要以STC89C52单片机为核心，主要分为电源模块、放大整形模块、分频模块、单片机模块和显示模块。待测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形为标准方波。低于1Hz的信号利用单片机的定时器测其周期，等于或高于1Hz的信号利用单片机的计数器和定时器的功能对待测信号进行计数。定时时间为1s

2、，单片机产生的时标信号频率为1MHz。脉冲的宽度也利用单片机定时器测量。编写相应的程序可以使单片机自动切换量程，并把测出的频率数据送到LCD1602显示。关键词：频率计单片机自动切换量程1、方案选择1.1、方案比较方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数、定时功能来实现频率的计数，并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到1602显示电路显示。其原理框图如图1所示。信号放大电路信号整形电路单片机STC89C521602显示电路图1方案一原理框图方案二：本方案主要以数字器件为核心，主要分为时基电路、逻辑控制电路、放大整形电路、闸门电路、计数电路、锁存电路、译码显

3、示电路七大部分。其原理框图如图2所示。逻辑控制电路时基电路放大整形电路闸门电路计数器锁存器译码显示器图2方案二原理框图1.2、方案论证方案一：本方案主要以单片机为核心，待测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把待测信号整形为标准方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。方案二：本方案使用大量的数字器件，待测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与待测信号的频率相同。同时时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时，

4、闸门开通，待测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率Hz（公式1）逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。1.3、方案选择比较以上两种方案可以知道，方案一的核心是单片机，使用的元器件少，原理电路简单，调试简单只要改变程序的设定值则可以实现不同频率范围的测试，能自动选择测试的量程。与方案一相比较方案二则使用了大量的数字元器件，原理电路复杂，硬件调试麻烦。基于上述比较，所以选择了方案一。2、测量原理待测信号，通过

5、放大器放大后，进入整形器加以整形变为相同频率的矩形波，并送入单片机的某个I/O口。图3说明了测量低频矩形波周期的原理。图3测量低频矩形波周期的原理图上升沿打开定时器下降沿读取定时器值并保存下一个上升沿关闭定时器，读取定时器值并保存如图3所示，当脉冲的上升沿来临时，将定时器打开；紧接着的下降沿来临时，读取定时器的值，假设定时时间为t1；下一个上升沿来临时关闭定时器，读取定时器的值，假设定时时间为t2。t1即为1个周期内高电平的时间，也即脉冲宽度，t2即为脉冲的周期。t1/t2即为占空比，1/t2即为频率。较高频率的测量采用计数器和定时器的功能。待测信号经过放大整形后送入主

6、门的输入端，每来一个脉冲，计数值自动加一。若在一定的时间间隔T内累计脉冲的次数为N，则频率的表达式为：（公式2）图4说明了在一定时间间隔内累计脉冲次数的原理。时基信号待测信号丢失（少计一个脉冲）计到N个脉冲多余（比实际多出了0.X个脉冲）图4测量低频矩形波周期的原理图如图4所示，测量的脉冲个数的误差会在±1之间，所测频率的误差最大为（公式3）显然，减小误差的方法，就是增大N。由此可见，此法适合于测高频信号。A/D模块确定频率大致范围3、总体设计选择分频比待测信号图5频率计总体设计框图放大整形电路分频电路单片机STC89C521602显示电路频率计总体设计共包括六大模块：

7、单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块、显示模块及A/D模块。各模块作用如下：1、单片机模块：以STC89C52单片机为控制核心，来完成待测信号的计数和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时／计数器完成待测信号周期／频率的测量。单片机STC89C52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时中断要求的功能。2、放大整形模块：放大电路是对幅度较小的待测信号进行放大，对幅度较大的待测信号进行限幅。整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。3、分频模块：考虑单片机外