基于单片机的数字频率计设计

基于单片机的数字频率计设计(创新的自动选当功能)基于单片机的数字频率计设计摘要：一个基于单片机的数字频率计设计，系统硬件主要包括整形电路（由74LS00斯密特触发器组成），分频器74LS161、多路选择器74LS151、与非门74LS00组成的分频模块，控制电路（由AT89C52单片机组成），LED数码管和显示电路。

能根据输入信号自动切换量程，可以测量方波、三角波及正弦波等多种波，结构简单，操作方便，价格低廉，适用于日常生活和生产、计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域。

关键词：单片机；数字频率计；定时器；计数；测量；AT89C52Design of digital frequency meter based on singl e chipmicrocomputerAbstract：The hardware system includes shaping circuit (consisting of 74LS00 Schmitt trigger), frequency module frequency divider 74LS161, 74LS151, 74LS00 MUX NAND gate, control circuit (composed of AT89C52 single chip computer), LED digital tube and display circuit. The software includes control of the main program and interrupt service subroutine, digital transformation procedures and display program. According to the input signal automatic switching range, can be measured in square wave, triangular wave and sine wave, wave, simple structure, convenient operation, low price, suitable for daily life and production, computer, communications equipment, audio video and other fields of scientific research and production.Keywords:single chip microcomputer; digital frequency meter; timer; counter; measurement; 89C52目录第1章引言 (1)1.1 数字频率计的发展和意义 (1)1.2 数字频率国内外的发展形势 (1)1.3 本章小结 (2)第2章系统总体设计 (4)2.1 系统设计要求 (4)2.2 测频方法 (4)2.3 系统设计思路 (5)2.4 系统设计框图 (5)2.5 本章小结 (6)第3章系统硬件设计 (7)3.1 单片机模块设计 (7)3.1.1 AT89C52介绍 (7)3.1.2 单片机引脚分配 (8)3.1.3 复位电路 (8)3.1.4 定时/计数器 (9)3.2 电源模块设计 (10)3.2.1 电源变压器 (11)3.2.2 整流电路 (11)3.2.3 滤波电路 (12)3.2.4 稳压电路 (12)3.2.5 电源模块原理图 (12)3.3 放大整形模块设计 (13)3.3.1 与非门74LS00 (13)3.3.2 放大整形模块原理图 (14)3.4 分频模块设计 (15)3.4.1 分频器74LS161芯片 (15)3.4.2 多路选择器74LS151芯片 (16)3.4.3 分频模块原理图 (16)3.5 显示电路设计 (17)3.5.1 频率数值显示电路 (18)3.5.2 频率数值单位显示电路 (18)3.6 整机电路流程 (19)3.7 本章小结 (19)第4章系统软件设计 (20)4.1 系统流程图 (21)4.2 初始化 (22)4.3 频率测量模块和量程自动切换模块设计 (22)4.4 显示模块设计 (25)4.5 延时模块设计 (27)4.6 本章小结 (28)第5章系统仿真及数据分析 (29)5.1 电源模块仿真 (29)5.2 放大整形电路仿真 (29)5.2.1 仿真软件MULTISIM 10.0仿真整形电路 (29)5.2.2 仿真放大整形电路 (30)5.3 频率计仿真 (32)5.3.1 使用KEIL软件编程 (32)5.3.2 使用软件Proteus仿真频率计 (32)5.4 本章小结 (38)第六章、结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 原理图 (42)附录2 Pcb电路图 (43)附录3 元件清单 (44)附录4 程序源代码 (45)附录5 仿真效果图 (53)第1章引言1.1 数字频率计的发展和意义随着电子信息技术的飞速发展，各种离散的电子元器件及其相关的功能单位。

目录1频率计的概要和发展动态 (1)2 单片机介绍 (1)2.1单片机的简介和发展 (1)2.2 AT89C51的原理 (2)2.2.1主要特性 (3)2.2.2管脚说明 (3)2.2.3振荡器特性 (4)2.2.4芯片擦除 (4)3 仿真软件protuse的介绍 (5)4系统模块设计 (6)5硬件部分 (6)5.1整形电路 (6)5.2控制电路 (7)5.3显示电路 (8)5.3.1 LCD1602引脚 (8)5.3.2 LCD1602的指令介绍 (8)5.4总体电路图 (9)6仿真结果 (11)6.1仿真结果 (11)6.2结果分析 (11)7 结论 (11)8参考文献 (12)附录 (12)1 keil C51软件介绍 (12)2 程序流程图 (13)3系统源程序 (14)1频率计的概要和发展动态在电子技术中，频率作为基本的参数之一，它与许多电参量的测量方案、测量结果密切相关，因此，频率的测量十分的重要。

在许多情况下，要对信号的频率进行精确测量，就要用到数字频率计。

数字频率计作为一种基础测量仪器，它被用来测量信号（方波、正弦波、锯齿波等）频率，并且用十进制显示测量结果。

它具有测量精度高、测量省时、使用方便等特点。

随着微电子技术和计算机技术的不断发展，单片机被广泛应用到大规模集成电路中，使得设计具有很高的性价比和可靠性。

所以，以单片机为核心的简易数字频率计设计，改善了传统的频率计的不足，充分体现了新一代数字频率计的优越性。

2 单片机介绍2.1单片机的简介和发展单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和IO接口电路等。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强IO功能及较好的结构兼容性方向发展。

基于单片机的数字频率计设计摘要本方案主要以单片机为核心，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，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被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，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。

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。

本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED 数码显示管将所测频率显示出来。

系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。

既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。

本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。

[关键词]单片机：运算；频率计；LED数码管AbstractThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.[Key words] microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube目录摘要 (1)概述........................................ 错误!未定义书签。

基于单片机的数字频率计的设计与实现摘要随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。

传统的频率计通常采用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，而且测量范围低，精度低。

因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。

因此我们需要寻找一种新的测频的方法。

随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。

本文阐述了以AT89C51单片机为控制器件的频率测量方法，并用汇编语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路，用以实现高低信号频率的测量。

本文设计的是一个简易数字频率计，被测信号可以是正弦波、三角波、方波。

首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。

本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。

关键词单片机;频率计;测量-Design and implementation of Digital FrequencyMeter Based on Single Chip MircrocomputeAbstractAlong with the development of electronic information industry, signal as the basic elements, the frequency measurement in scientificresearch and practical application is increasingly important, but also need the scope of frequency measurement is becoming more and more wide. The traditional frequency plan usually adopts combinational circuits and the sequential circuits of the hardware circuit structure, product not only large size, speed is slow, and measuring range, and low accuracy of low. Therefore, as for frequency measurement requirements, thetraditional method of frequency measurement in practical application already cannot satisfy requirements. Therefore, we need to find a new measuring method of frequency. Along with the development of technology and mature, use a singleship as a circuit system of control circuit shown its incomparable advantages.In this paper, with AT89C51 microcontroller to control the frequency of measurement devices and assembly language design, intelligent control using single chip, combined with the external electronic circuit, can be high and low frequency measurements. This paper designs a simple digital frequency, the measured signal can be sine wave , square wave. Firstly, the rectangular pulse, which the measured signal is amplified and reshaped, is used as control throttle valve. Then, the frequency counter counts the number of the periods using the internal timer/counter of signal is chip so as to gain the frequency value of measured signal. Finally, the frequency value of measured signal is displayed through static display circuits.From the analysis of theory, and introduces the digital frequency plan based on single chip design, selection of the system, and have all kinds of circuit components of hardware circuit simulaion.Keywords Micor- computer;Frequency;Measure-目录摘要...... ................................................................. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第1章绪论 ..................................................................... .. (1)1.1 课题背景 ..................................................................... . (1)1.2 单片机的发展及特点 ..................................................................... .................1 1.3 频率计的基础知识 ..................................................................... .....................1 1.4 论文研究内容 ..................................................................... .............................2 第2章单片机简介及方案论证 ..................................................................... ...........3 2.1 AT89C51单片机简介 ..................................................................... ..................3 2.1.1 单片机及其引脚说明 ..................................................................... ...........3 2.1.2 AT89C51的定时/计数器原理 (5)2.1.3 定时/计数器的工作模式 ..................................................................... (6)2.1.4 定时,计数器的特殊功能控制寄存器 (6)2.1.5 定时,计数器(T0,T1)的控制寄存器 (7)2.2 数字频率计设计的几种方案 ..................................................................... (8)2.3 几种方案的优劣讨论 ..................................................................... .................8 2.4 本次设计采用的方案 ..................................................................... .................9 2.5 本章小结 ..................................................................... .....................................9 第3章系统硬件设计 ..................................................................... ........................ 10 3.1 数字频率计工作原理及结构框图 (10)3.1.1 一般数字式频率计的原理 ......................................................................10 3.1.2 基于单片机的数字频率计原理 .............................................................. 10 3.2 电路原理图 ..................................................................... ............................... 11 3.3 放大整形电路 ..................................................................... ........................... 11 3.3.1 放大整形电路的必要性 ..................................................................... ..... 11 3.3.2 放大整形电路的原理 ..................................................................... ......... 11 3.4 分频电路 ..................................................................... ................................... 15 3.4.1 分频电路介绍 ..................................................................... .................... 15 3.5 四选一电路 ..................................................................... ............................... 16 3.6 显示电路 ..................................................................... ................................... 17 3.6.1 显示原理 ..................................................................... ............................ 17 3.6.2 显示电路图 ..................................................................... ........................ 19 3.7 本章小结 ..................................................................... ................................... 20 第4章系统软件设计 ..................................................................... ........................ 21 4.1 软件流程图 ..................................................................... ............................... 21 4.2 测频软件实现原理 ..................................................................... . (21)-4.3 几个重要的分程序 ..................................................................... ................... 22 4.4 本章小结 ..................................................................... ................................... 23 结论 ..................................................................... ..................................................... 24 致谢 ..................................................................... ..................................................... 25 参考文献 ..................................................................... ............................................. 26 附录A ...................................................................... ................................................ 27 附录B ...................................................................... ................................................ 33 附录C ...................................................................... ................................................ 39 附录D ...................................................................... (40)第1章绪论1.1 课题背景在电子技术中,频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关，,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制[1]等方面都有较广泛的应用。

AT89C51单片机频率计的设计摘要基于在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。

由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。

因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。

频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。

频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。

目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。

为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机(AT89C51)相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。

频率计的硬件电路是用Ptotues绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KeilC做为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。

关键词：单片机；AT89C51；频率计；汇编语言选题的目的意义数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

其基本原理就是用闸门计数的方式测量脉冲个数。

频率是单位时间（ 1s ）内信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的 1s 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

编号：毕业设计说明书题目：基于单片机的数字频率计设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：教授题目类型：实验研究工程技术研究2012年5月10日摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，同时也是一个非常重要的参数，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。

频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。

本文中详细介绍了频率计的仿真及设计过程。

本文设计了一种以单片机STC89C52为核心的数字频率计。

介绍了单片机、放大整形模块、分频模块和LCD1602显示模块等各个模块的组成和工作原理。

测量时，将被测输入信号送给单片机，通过程序控制计数，结果送LCD1602显示频率值。

本次设计是以单片机STC89C52为控制核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。

应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率的换算，最后显示测量的频率值。

本次设计所制作的频率计外围电路简单，大部分功能都通过软件编程实现，利用单片机控制实现频率计的自动换挡功能；用单片机中断控制端口实现频率的测量功能；通过分频电路实现对频率档位的控制。

本次设计的频率计具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。

实现了1Hz~4MHz范围的频率测量，而且可以实现量程自动切换。

关键词：频率计；单片机；计数器；测量AbstractFrequency measurement is the most basic measurement in electronic field, while also a very important parameter, and with a number of the measurement results of electrical parameters have a very close relationship, so, the measurement of frequency has become more important. The digital frequency meter is an indispensable of measuring instruments in the field of scientific research and production of computers, communications equipment, audio and video. It is a decimal number to display the signal's frequency measuring instruments. The frequency measurement is one of the most basic measurement electronics measurements. Frequency of simulation and design process is described in detail in this article. This paper introduces a microcontroller STC89C52 as the core design of digital frequency meter. Introduced of the composition and working principle of microcontroller, amplifying and shaping module, frequency division module and LCD1602 display module and other modules.The design is based on STC89C52 microcontroller for the control of the core, using its internal timer and counter to complete the test signal frequency measurement. Application control features of the microcontroller and the operational ability of the counting function and frequency conversion, and finally use displays the measured frequency value. The design frequency meter produced peripheral circuits is simple, most of the functions are controlled via software programming, application control features of the microcontroller to achieve the frequency of automatic shift function; frequency measurement functions the microcontroller interrupt control port; control of the frequency of stalls by the divider circuit. The design of the frequency meter is high accuracy, fast response, small size, etc. Achieve100Hz to 4MHz frequency measurements, and can automatically switch the flow to achieve scale.Key words：Frequency meter; microcontroller; counter; measurement目录引言 (1)1 绪论 (2)1.1 频率计概述 (2)1.2 频率计发展现状 (2)1.3 数字频率计的种类 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 数字频率计设计内容 (4)2.2 频率测量原理 (4)2.3 总体思路 (5)2.4 具体模块 (5)3 硬件设计 (7)3.1 电路设计的内容和方法 (7)3.1.1 电路设计的步骤 (8)3.2 单片机概述 (8)3.2.1 STC89C52简介 (9)3.2.2 STC89C52RC引脚功能说明 (10)3.2.3 单片机引脚分配 (12)3.3 单片机最小系统 (13)3.3.1 单片机最小系统原理 (13)3.3.2 复位电路及时钟电路 (13)3.4 信号调理及放大整形模块 (14)3.4.1 LM318介绍 (14)3.4.2 1N4733及74LS14介绍 (15)3.5 分频模块 (15)3.5.1 74LS161介绍 (15)3.5.2 74LS153介绍 (16)3.6 LCD显示和键盘 (17)3.6.1 LCD1602简介 (17)3.7 MAX232简介 (20)4 系统软件设计 (22)4.1 软件设计 (22)4.1.1 主程序流程图设计 (22)4.1.2 子程序流程图设计 (22)4.2 Keil和Proteus软件介绍 (25)4.2.1 Keil简介 (25)4.2.2 Proteus简介 (26)4.3 程序编写及仿真图设计 (26)5 调试 (28)5.1 系统调试 (28)5.2 软件调试 (29)5.3 软硬件联合调试 (30)5.4 误差分析 (30)6 总结 (31)谢辞 (32)参考文献 (33)附录 (34)引言频率计是我们在电子电路实验中经常会用到的测量仪器之一，它能将频率用液晶显示器或者数码管直接显示出来，给测试带来很大的方便，使结果更加直接；且频率计还能对其他多种物理量进行测量，如声音的频率、机械振动的频率等，都可以先转变成电信号，然后用频率计来测量。

基于51单片机数字频率计的设计在电子技术领域中，频率计是一种常见的测试仪器，它可以用来测量信号的频率。

在本文中，我们将通过介绍基于51单片机数字频率计的设计实现来了解它的工作原理和设计流程。

1. 确定设计需求在进行任何项目之前，我们需要明确自己的设计需求。

对于频率计而言，它的主要需求就是准确地测量信号的频率。

因此，我们需要确定我们需要测量的频率范围和精确度。

2. 确定硬件设计在确定了设计需求之后，我们需要确定硬件设计。

对于数字频率计而言，它需要一个计数器来计算信号的脉冲数量。

在本设计中，我们采用74LS90计数器芯片来实现计数功能。

我们还需要一个51单片机来读取计数器的计数值，并将其转换为对应的频率值。

另外，我们还需要硬件板、LCD显示屏、按键等元件来搭建数字频率计的电路结构。

3. 确定软件设计硬件设计完成后，我们需要开发相应的软件来实现我们的需求。

在本设计中，我们使用KEIL C51软件来编写51单片机的程序。

编写软件的主要步骤是读取计数器计数值、计算出对应的频率值、将频率值显示在LCD屏幕上，并实现按键控制。

我们需要将这些步骤按照程序流程依次实现。

4. 进行测试在软件编写完成后，我们需要对数字频率计进行测试，以确保其满足我们的需求。

我们可以使用信号发生器给数字频率计输入不同频率的信号，然后观察LCD屏幕上显示出来的相应频率值是否准确。

如果测试结果不满足我们的需求，则需要对硬件或软件进行优化或调试，直到数字频率计能够正常工作为止。

总之，基于51单片机的数字频率计设计是一个较为简单的电子设计项目。

通过上述步骤的详细介绍，我们了解了数字频率计的设计流程和工作原理，并明确了设计中需要注意的细节和注意事项。

希望能够对大家理解数字频率计的设计过程有所帮助。