单片机的频率计设计
【】本文以“基于单片机的频率计设计”为课题，设计了一款性价比较高的频率计。选用了目前市面上使用最为广泛的AT89C51单片机作为主控芯片，配合了NE555、数码管等必要模块构成了其硬件系统，实现了0~500K范围内的常见信号（正弦波、方波和三角波等）的频率测量，并通过数码管将结果显示出来。在软件上采用C语言作为程序描述语言，并通过Keil软件对软件进行改进和优化。经过多次测试，本系统表现出了较高的测试准确度，适合在测绘市场进行大量推广。
目录
一、 引言 1
（一） 频率计发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
二、 硬件平台设计 3
（一） 工程要求及设计指标 3
（二） 系统模块架构设计 3
（三）主控模块 5
1. 主控模块功能介绍 5
2. AT89C51芯片简介 5
3. 主控模块电路原理图 5
（四）方波信号产生模块 7
1．方波信号产生模块功能介绍 7
2．NE555芯片介绍 8
3．方波信号产生电路设计图 8
（五）显示模块 9
1．显示模块功能介绍 9
2．数码管简介 9
3．显示模块设计图 10
(六)锁存器模块 10
1.功能模块介绍 10
2.74HC573芯片介绍 10
3.锁存器模块电路设计 11
（七）通道切换模块 11
1.通道模块功能介绍 11
2.通道切换电路设计 12
（八）电源模块 12
1.电源模块功能介绍 12
2.电源模块电路图 12
三、 软件系统设计 13
（一） 编译环境介绍 13
（二） 主程序设计 13
（三） 显示模块软件设计 14
（四） NE555软件设计 16
四、 实物制作与调试 17
（一）实物制作 17
1. 硬件的焊接 17
2. 程序的下载 17
(二)、硬件
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
调试 17
五、总结与展望 20
(一)全文总结 20
（二） 工作展望 20
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 实物图 23
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
频率计发展背景
所谓“频率计”指的是能够实现常见信号（如正弦波、方波以及三角波等）的频率测量的计量仪器，它是电子技术飞速发展后的一个产物。频率参数是电子学中一个普遍但却十分重要的参数，在大多数通信场合以及测绘场合都需要进行频率的测量。频率计是伴随电子技术的出现而出现的，当时半导体集成技术还没成熟，设计师通过独立的半导体器件搭建出计数器后，以计数器作为核心模块设计出最初的频率计，这种频率计的工作原理非常简单：通过单位时间内对输入信号的脉冲进行计数，就可得到该信号的频率大小，如在一秒时间内对放波信号的脉冲进行检测，当检测到100个脉冲时，则该方波信号的频率为100Hz；若为1000个脉冲，则频率就为1000Hz，当测正弦波以及三角波这种没有陡降陡升沿的信号时，通过在计数器前加一个简单的比较器将正弦波以及三角波整形成规则的方波来进行频率测量。可以发现，这种最初的频率计的原理简单易行，能够很好的实现低频信号的频率测量，然而缺点也是比较多的，第一个很明显的缺点是时基时间长（如1s），也就是说要等待1s时间才能得到信号频率的测量结果，这样就不能够测量突发信号的频率了；第二核心模块计数器采用分立式半导体搭建，半导体器件互换性很差，另外模块的工作稳定度也不是很高。随着半导体技术以及集成电路技术的迅猛发展，科学届已经能够将几百门甚至上千门半导体元件集成在一块手指甲面积大小的硅片上了，这样计数器集成芯片就诞生了，将计数器集成芯片置换到频率计中，不但大大增加了系统的稳定度，系统的结构体积也大为减小。虽然集成计数器芯片解决了频率计不稳定和体积的问题，但是时基长等问题依然存在，在这个问题保留了很多年后，数字可编程器件（PLD、CPLD以及FPGA等）大行其道，通过这种器件，不但能够通过编程的方式实现计数器的硬件结构，其他硬件模块如显示屏控制模块、按键检测模块等也能一并在其芯片内部通过编程实现，这样频率计控制系统的体积进一步减小，同时可编程器件的主频通常上百M，这样就能够大为减少计数测频法的时基，同时也产生了多种优秀的频率测量方案，通过高性能的FPGA器件并结合合适的控制方案，往往能够设计出频率测量范围到上百M的频率计。在单片机技术成熟后，有产生了一种更加直接的频率测量方法，这主要得益于单片机内部的管脚中断和计时器模块，在片外结合整形模块将信号整形成频率相同的方波脉冲并输入到单片机的中断管脚，由于中断管脚能沟通分辨出方波的上升沿和下降沿，这样当上升沿到来时启动定时器开始计时，下一个上升沿再次来临时停止计时，这样一个放波脉冲的周期就被采集到，实现了频率测量，然而这种管脚中断的处理时间往往很长，相对于FPGA的测频方案，以单片机做主控核心不能够实现较宽的测频范围。
国内外发展现状
随着科学技术的迅速发展，多种场合都需要对频率参数的高精度测量，尤其是在通信实验室内，频率对于信号的收发、调制解调更是首要参数，因此频率测量仪也在随着技术的发展而发展。目前单独测量频率的频率计已经不是其未来发展方向了，大多数示波器已经嵌入了频率测量、周期测量、脉冲宽度、占空比以及上升沿/下降沿测量等功能，因此在不久的将来频率仪器将变得功能多样化和高精度化。
硬件平台设计
工程要求及设计指标
本课题主要设计一款方便实用的频率计控制系统，选用单片机作为主控芯片，并在片外结合其他要模块，实现频率的测量和显示，并实现以下指标：
频率测量范围为：0~500kHz；
通过数码管显示频率测量结果；
能够对正弦波、方波以及三角波进行测量。
系统模块架构设计
频率计控制系统的方案采用如下图21所示的硬件结构框图进行设计，其中AT89C51单片机芯片、复位电路以及晶振电路组成AT89C51单片机最小系统，作为系统的主控核心。
为了实现正弦波、方波以及三角波的频率测量，首先要通过脉冲模块将三种信号变形成频率相同的方波脉冲，这样AT89C51单片机就可以通过其外部中断管脚EX0识别到脉冲的上升沿和下降沿了。
目录
一、 引言 1
（一） 频率计发展背景 1
（二） 国内外发展现状 2
二、 硬件平台设计 3
（一） 工程要求及设计指标 3
（二） 系统模块架构设计 3
（三）主控模块 5
1. 主控模块功能介绍 5
2. AT89C51芯片简介 5
3. 主控模块电路原理图 5
（四）方波信号产生模块 7
1．方波信号产生模块功能介绍 7
2．NE555芯片介绍 8
3．方波信号产生电路设计图 8
（五）显示模块 9
1．显示模块功能介绍 9
2．数码管简介 9
3．显示模块设计图 10
(六)锁存器模块 10
1.功能模块介绍 10
2.74HC573芯片介绍 10
3.锁存器模块电路设计 11
（七）通道切换模块 11
1.通道模块功能介绍 11
2.通道切换电路设计 12
（八）电源模块 12
1.电源模块功能介绍 12
2.电源模块电路图 12
三、 软件系统设计 13
（一） 编译环境介绍 13
（二） 主程序设计 13
（三） 显示模块软件设计 14
（四） NE555软件设计 16
四、 实物制作与调试 17
（一）实物制作 17
1. 硬件的焊接 17
2. 程序的下载 17
(二)、硬件
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
调试 17
五、总结与展望 20
(一)全文总结 20
（二） 工作展望 20
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 实物图 23
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
频率计发展背景
所谓“频率计”指的是能够实现常见信号（如正弦波、方波以及三角波等）的频率测量的计量仪器，它是电子技术飞速发展后的一个产物。频率参数是电子学中一个普遍但却十分重要的参数，在大多数通信场合以及测绘场合都需要进行频率的测量。频率计是伴随电子技术的出现而出现的，当时半导体集成技术还没成熟，设计师通过独立的半导体器件搭建出计数器后，以计数器作为核心模块设计出最初的频率计，这种频率计的工作原理非常简单：通过单位时间内对输入信号的脉冲进行计数，就可得到该信号的频率大小，如在一秒时间内对放波信号的脉冲进行检测，当检测到100个脉冲时，则该方波信号的频率为100Hz；若为1000个脉冲，则频率就为1000Hz，当测正弦波以及三角波这种没有陡降陡升沿的信号时，通过在计数器前加一个简单的比较器将正弦波以及三角波整形成规则的方波来进行频率测量。可以发现，这种最初的频率计的原理简单易行，能够很好的实现低频信号的频率测量，然而缺点也是比较多的，第一个很明显的缺点是时基时间长（如1s），也就是说要等待1s时间才能得到信号频率的测量结果，这样就不能够测量突发信号的频率了；第二核心模块计数器采用分立式半导体搭建，半导体器件互换性很差，另外模块的工作稳定度也不是很高。随着半导体技术以及集成电路技术的迅猛发展，科学届已经能够将几百门甚至上千门半导体元件集成在一块手指甲面积大小的硅片上了，这样计数器集成芯片就诞生了，将计数器集成芯片置换到频率计中，不但大大增加了系统的稳定度，系统的结构体积也大为减小。虽然集成计数器芯片解决了频率计不稳定和体积的问题，但是时基长等问题依然存在，在这个问题保留了很多年后，数字可编程器件（PLD、CPLD以及FPGA等）大行其道，通过这种器件，不但能够通过编程的方式实现计数器的硬件结构，其他硬件模块如显示屏控制模块、按键检测模块等也能一并在其芯片内部通过编程实现，这样频率计控制系统的体积进一步减小，同时可编程器件的主频通常上百M，这样就能够大为减少计数测频法的时基，同时也产生了多种优秀的频率测量方案，通过高性能的FPGA器件并结合合适的控制方案，往往能够设计出频率测量范围到上百M的频率计。在单片机技术成熟后，有产生了一种更加直接的频率测量方法，这主要得益于单片机内部的管脚中断和计时器模块，在片外结合整形模块将信号整形成频率相同的方波脉冲并输入到单片机的中断管脚，由于中断管脚能沟通分辨出方波的上升沿和下降沿，这样当上升沿到来时启动定时器开始计时，下一个上升沿再次来临时停止计时，这样一个放波脉冲的周期就被采集到，实现了频率测量，然而这种管脚中断的处理时间往往很长，相对于FPGA的测频方案，以单片机做主控核心不能够实现较宽的测频范围。
国内外发展现状
随着科学技术的迅速发展，多种场合都需要对频率参数的高精度测量，尤其是在通信实验室内，频率对于信号的收发、调制解调更是首要参数，因此频率测量仪也在随着技术的发展而发展。目前单独测量频率的频率计已经不是其未来发展方向了，大多数示波器已经嵌入了频率测量、周期测量、脉冲宽度、占空比以及上升沿/下降沿测量等功能，因此在不久的将来频率仪器将变得功能多样化和高精度化。
硬件平台设计
工程要求及设计指标
本课题主要设计一款方便实用的频率计控制系统，选用单片机作为主控芯片，并在片外结合其他要模块，实现频率的测量和显示，并实现以下指标：
频率测量范围为：0~500kHz；
通过数码管显示频率测量结果；
能够对正弦波、方波以及三角波进行测量。
系统模块架构设计
频率计控制系统的方案采用如下图21所示的硬件结构框图进行设计，其中AT89C51单片机芯片、复位电路以及晶振电路组成AT89C51单片机最小系统，作为系统的主控核心。
为了实现正弦波、方波以及三角波的频率测量，首先要通过脉冲模块将三种信号变形成频率相同的方波脉冲，这样AT89C51单片机就可以通过其外部中断管脚EX0识别到脉冲的上升沿和下降沿了。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/wlw/609.html
