单片机的数字频率计设计
目录
引言 1
一、概述 2
（一）智能仪器的发展概况 2
（二）国内外的研究状况 2
（三）频率计的技术要求 3
二、方案提出和论证 4
（一）频率的测量原理 4
（二）频率测量方法的概述 4
（三）确立方案 4
三、系统硬件的分析和设计 6
（一）系统硬件的总述 6
（二）信号输入电路 6
（三）开关电路 8
（四）计数电路 8
（五）数字频率计显示电路 9
四、 系统软件的总述 11
（一）计数子程序 13
（二）数值转换子程序 13
五、结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 18
附录二 19
附录三 20
引言
在电子技术之中，其中最基础的参数之一就是频率，而且和很多的电参量的测量方法，测量的结果有着十分紧密的关系，所以频率的测量在实际应用中和科技研究中就非常的重要。传统的频率计一般采用时序电路和组合电路等很多的硬件电路构成，产品不仅运行速度比较慢，体积大，而且在测量低频信号的时候不适合直接使用。所以频率测量的方法的改良也就愈发的受到的关注。测量频率的方法有许多种，当中电子计数器的测量频率具有使用简单、测量快、便于实现测量的自动化，以及准确高等优点，是频率测量的非常重的手段。
另外，因为如今将微型计算机的这个功能运用到了数字仪表之中，所以测量的智能化以及数字化也是逐步的成为了当今测量技术的发展趋势，数字化的处理技术也是对于处理的速度要求也是变得越来越严格，如今的微控处理芯片发展是非常 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
快的，比如出现了DSP、FPJA等不一样的领域的应用芯片。把这些芯片运用到频率计的制作之中，让频率计的测量速度以及准确度也得到非常大的程度的提高[1]。
其次，我们在为了实现电子计数测频的智能化，展现一个高准确和宽领域的频率计，其中比较有效的方法就是将单片机应用在频率计的设计之中，单片机的频率计和以前的频率计有硬件电路简单的优势，在以前很多用硬件体现的功能到了现在可以用单片机的软件程序来展现，由于软件可以减少电路的出错率，以及电路设计的难度，经过软件控制的方法还能够提高频率测量的准确，尤其是MCS-51系列的单片机拥有性价比高、体积小和功能强等优点，所以被广泛的运用在在智能化仪表、仪器以及工业控制等等的领域。这次课题设计的频率计是使用89C51单片机作为重要核心，它具有可靠性好、性能优良和准确度高等优点。但由于本人的水平有限，本次设计的地方还有许多地方需要改善，希望各位老师多多批评指正。
一、概述
（一）智能仪器的发展概况
纵观科学上的重大发现，基本都是因为新的观测手法的发明而开始的，拿物理学诺贝尔奖金获得者举例，百分之五十的工作就是得利于新的智能仪器或者测试手法的创造。仪器仪表就是实现信息的获得、转化、存储、处理和揭示物质运动的必要工具，而仪器仪表的装备水准在极大的程度上体现出一个国家的现代化水平和生产力发展。
在50年代初期，仪器仪表就已经获得了重大的突破，而数字技术的出现就使多种多样的数字技术仪器问世。使模拟仪器的分辨率、测量速度以及精度都提高了好几个等级，这为实现测量的自动化和智能化也是打下了非常好的基础。
在60年代中期，测量技术再一次获得了巨大进步，因为计算机的引入使用，使得仪器的功能产生了非常重大的改变，由个别电量的测量转化为测量整个的系统的特征参数，以及从单单的接收和显示转变为控制、处理、分析计算和显示输出，再由单个的仪器测量变成测量系统进行的测量。
在70年代，由于计算机技术的进一步的渗透与进步，电子仪器仪表在传统的领域之外，导致又出现了数据域测试。
在80年代，因为微处理器的运用，仪器的前面板开始向键盘化的方向前进，以前直观的使用调节时的基或幅度的旋转盘，选取电流电压等量程或者功能的滑动开关，通断的开关已经消失。而测量系统的主要模式，就是应用机柜的方式，统统都是IEEE-488总线传到一个控制器之上。测试时，使用多样的BASIC语言来高速的测量，与传统的独立仪器模式的不同，个人仪器因此等到了巨大的发展。
到了90年代，测量科学和仪器仪表进一步的取得了重要的进展。这个进步主要的标志就是仪器的智能化的大幅度提高。
（二）国内外的研究状况
由于科技的发展快速，现在频率计的设计方法也变得越来越多，其中用单片机设计频率计，就不得不说一下其中的单片机频率计ICM7216D[3]频率计是美国最先研发的专用测频的大规模的集成芯片，它是28引脚的双列直插式集成电路，运用单一的+5V的稳定电源工作。
我国运用相检宽带测频技术设计的高准确度频率计也是非常有实用性和突破性的[4]，此项新技术和仪器是针对已有的测频技术其具备的特点以及问题，产出了新颖的检测准确度高，方便于实施以及设备构成了比较经济的一种新技术和仪器，并且它的测量准确度也是比一般的仪器要高1000倍以上，而且它的价格只相当于国外同等仪器的二分之一和十八分之一。
（三）频率计的技术要求
频率计作为一种频率测量仪器，从前至今，人们对频率计的特性主要有以下的要求：
(1)测量范围要够宽，在一些特殊的测试场合，就需要频率计的测量范围要宽，现在的电子技术在高速发展，部分频率计数器甚至能够直接测量100GHz以上的频率。
(2)高分辨率与高准确度，准确度就是指仪器的读数与实际信号的频率的程度相接近。而分辨率就是表明再小的频率变化也能在仪器上显现。高分辨率可以快速的测出更小的不稳定值以及漂移值[5]。
二、方案提出和论证
（一）频率的测量原理
频率计的基本原理其实就是用一个相对稳定比较高的频率源当做基准时钟，然后和其它的信号频率来进行对比。一般是计算每秒的待测信号的脉冲个数，这时我们称其闸门时间就为1秒。而闸门的时间越长，我们得到的频率值就是更加的精确，但每一次测频的时间间隔就更长。闸门的时间越短，它的频率值刷新的就越快，但是其频率的准确度就会受到影响。而数字频率计就是使用数字来显示并表现出被测量的信号频率的仪器，其可以使方波，正弦波或者其他的周期性变化的信号。
（二）频率测量方法的概述
频率测量方法
模拟法 数字法
直读法 比较法 电容式 放电式 电子计 数式
电桥法 谐振法 差频法 示波法 拍频法
李沙育 图形法 测周期 法
图2-2 频率测量方法
直读法又叫无源网络频率特性测量法；而比较法就是将已知频率信号和被测量频率信号进行比较，从观、听的比较取得被测的信号频率；电子计数法是依靠频率的定义来测量的一种方法，它利用电子计数法具有准确高、显示数值直观、测量的范围广和便于实现测量的自动化等一些优点，用电子计数器显示在单位时间内通过的被测信号周期的个数来进行的频率测量[6]
（三）确立方案
数字频率计是用十进制数字显示的被测信号的频率的一种测量仪器，普通的数字频率计大部分采用的是74LS系列数字集成电路来直接测频的[7]。
引言 1
一、概述 2
（一）智能仪器的发展概况 2
（二）国内外的研究状况 2
（三）频率计的技术要求 3
二、方案提出和论证 4
（一）频率的测量原理 4
（二）频率测量方法的概述 4
（三）确立方案 4
三、系统硬件的分析和设计 6
（一）系统硬件的总述 6
（二）信号输入电路 6
（三）开关电路 8
（四）计数电路 8
（五）数字频率计显示电路 9
四、 系统软件的总述 11
（一）计数子程序 13
（二）数值转换子程序 13
五、结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 18
附录二 19
附录三 20
引言
在电子技术之中，其中最基础的参数之一就是频率，而且和很多的电参量的测量方法，测量的结果有着十分紧密的关系，所以频率的测量在实际应用中和科技研究中就非常的重要。传统的频率计一般采用时序电路和组合电路等很多的硬件电路构成，产品不仅运行速度比较慢，体积大，而且在测量低频信号的时候不适合直接使用。所以频率测量的方法的改良也就愈发的受到的关注。测量频率的方法有许多种，当中电子计数器的测量频率具有使用简单、测量快、便于实现测量的自动化，以及准确高等优点，是频率测量的非常重的手段。
另外，因为如今将微型计算机的这个功能运用到了数字仪表之中，所以测量的智能化以及数字化也是逐步的成为了当今测量技术的发展趋势，数字化的处理技术也是对于处理的速度要求也是变得越来越严格，如今的微控处理芯片发展是非常 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
快的，比如出现了DSP、FPJA等不一样的领域的应用芯片。把这些芯片运用到频率计的制作之中，让频率计的测量速度以及准确度也得到非常大的程度的提高[1]。
其次，我们在为了实现电子计数测频的智能化，展现一个高准确和宽领域的频率计，其中比较有效的方法就是将单片机应用在频率计的设计之中，单片机的频率计和以前的频率计有硬件电路简单的优势，在以前很多用硬件体现的功能到了现在可以用单片机的软件程序来展现，由于软件可以减少电路的出错率，以及电路设计的难度，经过软件控制的方法还能够提高频率测量的准确，尤其是MCS-51系列的单片机拥有性价比高、体积小和功能强等优点，所以被广泛的运用在在智能化仪表、仪器以及工业控制等等的领域。这次课题设计的频率计是使用89C51单片机作为重要核心，它具有可靠性好、性能优良和准确度高等优点。但由于本人的水平有限，本次设计的地方还有许多地方需要改善，希望各位老师多多批评指正。
一、概述
（一）智能仪器的发展概况
纵观科学上的重大发现，基本都是因为新的观测手法的发明而开始的，拿物理学诺贝尔奖金获得者举例，百分之五十的工作就是得利于新的智能仪器或者测试手法的创造。仪器仪表就是实现信息的获得、转化、存储、处理和揭示物质运动的必要工具，而仪器仪表的装备水准在极大的程度上体现出一个国家的现代化水平和生产力发展。
在50年代初期，仪器仪表就已经获得了重大的突破，而数字技术的出现就使多种多样的数字技术仪器问世。使模拟仪器的分辨率、测量速度以及精度都提高了好几个等级，这为实现测量的自动化和智能化也是打下了非常好的基础。
在60年代中期，测量技术再一次获得了巨大进步，因为计算机的引入使用，使得仪器的功能产生了非常重大的改变，由个别电量的测量转化为测量整个的系统的特征参数，以及从单单的接收和显示转变为控制、处理、分析计算和显示输出，再由单个的仪器测量变成测量系统进行的测量。
在70年代，由于计算机技术的进一步的渗透与进步，电子仪器仪表在传统的领域之外，导致又出现了数据域测试。
在80年代，因为微处理器的运用，仪器的前面板开始向键盘化的方向前进，以前直观的使用调节时的基或幅度的旋转盘，选取电流电压等量程或者功能的滑动开关，通断的开关已经消失。而测量系统的主要模式，就是应用机柜的方式，统统都是IEEE-488总线传到一个控制器之上。测试时，使用多样的BASIC语言来高速的测量，与传统的独立仪器模式的不同，个人仪器因此等到了巨大的发展。
到了90年代，测量科学和仪器仪表进一步的取得了重要的进展。这个进步主要的标志就是仪器的智能化的大幅度提高。
（二）国内外的研究状况
由于科技的发展快速，现在频率计的设计方法也变得越来越多，其中用单片机设计频率计，就不得不说一下其中的单片机频率计ICM7216D[3]频率计是美国最先研发的专用测频的大规模的集成芯片，它是28引脚的双列直插式集成电路，运用单一的+5V的稳定电源工作。
我国运用相检宽带测频技术设计的高准确度频率计也是非常有实用性和突破性的[4]，此项新技术和仪器是针对已有的测频技术其具备的特点以及问题，产出了新颖的检测准确度高，方便于实施以及设备构成了比较经济的一种新技术和仪器，并且它的测量准确度也是比一般的仪器要高1000倍以上，而且它的价格只相当于国外同等仪器的二分之一和十八分之一。
（三）频率计的技术要求
频率计作为一种频率测量仪器，从前至今，人们对频率计的特性主要有以下的要求：
(1)测量范围要够宽，在一些特殊的测试场合，就需要频率计的测量范围要宽，现在的电子技术在高速发展，部分频率计数器甚至能够直接测量100GHz以上的频率。
(2)高分辨率与高准确度，准确度就是指仪器的读数与实际信号的频率的程度相接近。而分辨率就是表明再小的频率变化也能在仪器上显现。高分辨率可以快速的测出更小的不稳定值以及漂移值[5]。
二、方案提出和论证
（一）频率的测量原理
频率计的基本原理其实就是用一个相对稳定比较高的频率源当做基准时钟，然后和其它的信号频率来进行对比。一般是计算每秒的待测信号的脉冲个数，这时我们称其闸门时间就为1秒。而闸门的时间越长，我们得到的频率值就是更加的精确，但每一次测频的时间间隔就更长。闸门的时间越短，它的频率值刷新的就越快，但是其频率的准确度就会受到影响。而数字频率计就是使用数字来显示并表现出被测量的信号频率的仪器，其可以使方波，正弦波或者其他的周期性变化的信号。
（二）频率测量方法的概述
频率测量方法
模拟法 数字法
直读法 比较法 电容式 放电式 电子计 数式
电桥法 谐振法 差频法 示波法 拍频法
李沙育 图形法 测周期 法
图2-2 频率测量方法
直读法又叫无源网络频率特性测量法；而比较法就是将已知频率信号和被测量频率信号进行比较，从观、听的比较取得被测的信号频率；电子计数法是依靠频率的定义来测量的一种方法，它利用电子计数法具有准确高、显示数值直观、测量的范围广和便于实现测量的自动化等一些优点，用电子计数器显示在单位时间内通过的被测信号周期的个数来进行的频率测量[6]
（三）确立方案
数字频率计是用十进制数字显示的被测信号的频率的一种测量仪器，普通的数字频率计大部分采用的是74LS系列数字集成电路来直接测频的[7]。
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