毕业设计：基于单片机的频率计设计

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。

毕业论文（设计）题目基于单片机的频率计设计英文题目The design of frequency meter based on single chip- 1 -摘要频率计，也称为频率表或电子计数器。

它不仅是电子测量和仪表专业领域中测量频率与周期、测量频率比和进行计数、测时的重要仪器，而且要比示波器测频更方便、经济得多，特别是现代电子计数器产品与组件和具有多种测量功能的数字频率计，已广泛应用于计算机系统、通讯广播设备、生产过程自动化测控装置、带有LED、LCD数字显示单元的多种仪表以及诸多的科学技术领域。

可以说伴随着数字化技术的发展，电子计算机、通讯设备、音频和视频技术进入科研、生产、军事技术和经济生活领域，直至家庭和个人，使得电子计数器和测频手段与上述电子设备耦连为形影不离的技术。

以单片机AT89C51为核心设计了一种频率计。

在设计中应用单片机的数学运算和控制功能，克服了一般数字频率计在低频精度不高的缺点；频率计首先以单片机内部的定时/计数器产生1S定时作为控制闸门信号，然后把被测信号放大整形后的方波脉冲信号的周期作为计数，从而求得被测信号的频率值，最后通过八位动态显示电路显示数值。

电路主要由以下三部分组成：。

它是频率计的核心，大部分工作由它完成；。

为频率测量作好准备；。

用于显示频率值。

关键词：单片机；频率计；显示- 2 -The design of frequency meter based on single chipAbstrac Frequency, also known as frequency counter or electronic form. It is not only electronic measurement instruments and professional in the field of measuring frequency and the cycle than the frequency of measurement and counting, the important measurement instruments, oscilloscopes and measuring frequency than more convenient, more economic, especially the modern electronic counter products and components And a variety of measurements of the digital frequency, has been widely used in computer systems, radio communication equipment, automated production process measurement and control devices, with LED, LCD modules figures show that the number of instruments and many scientific and technical fields. It can be said that along with the development of digital technology, computers, communications equipment, audio and video technology into the research, production, military technology and economic spheres of life, until the families and individuals, making electronic means of measuring frequency counter and the electronic equipment and even for the decoupling Inseparable technology.I have designed one kind of frequency meter which regarded Single-Chip Microcomputer AT89C51 as the mathematical operation of applying in designing Single-Chip Microcomputer and controlling the function, has overcome the general digital frequency meter in the shortcoming not high of the precision of low frequency; frequency meter at first with timing of Single-Chip Microcomputer / counter 1S produces as controlling the gate signal examine signal is it have a facelift square wave cycle conduct of pulse signal after count to amplify, is it examine into frequency value of signal to try to get , show through 8 circuit display number value dynamically circuit is made up of three following parts mainly: Single-Chip Microcomputer. It is a core of the frequency meter, most work are finished by it; and have a facelift the circuit. Prepare for frequency measurement; c. the display circuit. Used for showing frequency value. Key Words: Single-Chip Microcomputer; Frequency Meter; Display目录Abstract (III)引言 (1)第1.章概述1.1.频率计的定义 (1)1.2.频率计的发展与应用 (1)1.3.频率计的设计内容 (1)第2.章系统总体方案设计2.1.设计方案 (2)2.2.方案论证及选用依据 (3)2.3.频率测量的原理 (3)2.4.总体思路 (4)2.5.具体模块 (4)第3.章硬件电路的具体设计3.1.AT89C51主控制器模块 (5)3.2.单片机的定时\计数 (10)3.3.电源模块 (11)3.4.放大整形模块 (16)3.5.分频设计模块 (15)3.6.显示模块 (17)第4.章系统的软件设计4.1.软件模块设计 (20)4.2.中断服务子程序 (21)4.3.显示子程序 (22)4.4.应用软件简介 (22)第5.章总结 (23)参考 (25)附录 (26)引言1．概述在电子测量领域中,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系,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制等方面都有较广泛的应用。

基于AT89S52单片机的频率计设计中文摘要频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。

频率计主要是由信号输入和放大电路、单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。

AT89S52单片机是频率计的控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。

利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。

在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现10Hz~2MHz的频率测量，而且可以实现量程自动切换流程。

以AT89S52单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间，方便对频率计的测量。

其待测频率值使用四位共阳极数码管显示，并可以自动切换量程，单位分别由红、黄、绿3个LED指示。

本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。

关键词：频率计；单片机；计数器；量程自动切换目录第一章前言 (1)1.1频率计概述 (1)1.2频率计发展与应用 (1)1.3频率计设计内容 (1)第二章系统总体方案设计 (2)2.1测频的原理 (2)2.2总体思路 (3)2.3具体模块 (3)第三章硬件电路具体设计 (5)3.1AT89S52主控制器模块 (5)3.1.1 AT89S52的介绍 (5)3.1.2 复位电路及时钟电路 (5)3.1.3 引脚功能 (6)3.1.4 单片机引脚分配 (8)3.2电源模块 (8)3.2.1 直流稳压电源的基本原理 (8)3.2.2 电源电路设计 (10)3.3放大整形模块 (10)3.4分频设计模块 (11)3.4.1 分频电路分析 (11)3.4.2 74LS161芯片介绍 (12)3.4.3 74LS151芯片介绍 (13)3.4.4 分频电路 (14)3.5显示模块 (14)3.5.1 数码管介绍 (15)3.5.2 频率值显示电路 (15)3.5.3 档位转换指示电路 (16)第四章系统的软件设计 (17)4.1软件模块设计 (17)4.2中断服务子程序 (18)4.3显示子程序 (19)4.4量程档自动转换子程序 (20)4.5应用软件简介...................................................... 错误！未定义书签。

摘要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，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。

传统的数字频率计一般是由分离元件搭接而成，随着单片机的大规模的应用，单片机在频率测量方面也越来越多的被使用。

在本课题中使用的AT89S51这种低功耗,高性能CMOS 8位单片机系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。

而本次设计就是要通过以AT89S51单片机为控制核心，实现对信号频率进行准确计数的设计。

单片机是将微型计算机的基本功能部件全部集成在一块半导体电路芯片上，具有功能强、体积小、价格低、稳定可靠、研制周期短等优点，具有广阔的应用前景。

本次毕业设计以ATMEL 公司的AT89S51单片机为核心，实现频率计数功能。

频率计装置由单片机系统模块，LED显示模块、MAX232串口通信模块组成，实现对频率进行测试并在LED显示出来。

本次毕业设计基于AT89S51单片机的频率计装置，设计sch电路原理图，并根据原理图完成硬件部分的制作，采用KEIL-51单片机应用系统编制C语言系统程序，最后通过综合调试，能实现所有要求的功能，完全满足本次毕业设计的要求。

关键词：频率计；单片机；LED显示；MAX232；定时器/计数器AbstractThe digital frequency meter is in a digital circuit model application, the actual hardware design uses component more, moreover can have the quite big time delay, creates the measuring error, the reliability is bad. The traditional digital frequency meter generally is becomes byseparative element joining, along with the monolithic integrated circuit large-scale application, the monolithic integrated circuit more and more are also many in the frequency measurement aspect is used. A T89S51 this kind of low power loss uses which in this topic, high performance CMOS 8 monolithic integrated circuits series monolithic integrated circuit appearance, has a better stability, is quicker and the more accurate operation precision, impelled the industrial production, is interfering with people's work and the study. But this design is must through take the A T89S51 monolithic integrated circuit as the control core, realizes design which carries on to the signalling frequency accurately counts.The monolithic integrated circuit is completely integrates the microcomputer basic function part on together the semiconductor electric circuit chip, has the function strongly, the volume small, the price low, stable reliable, the development cycle is short and soon the merit, has the broad application prospect. This graduation project take A TMEL Corporation's A T89S51 monolithic integrated circuit as the core, the realization frequency counts the function. The frequency meter installment by the monolithic integrated circuit system module, LED demonstrated the module, the MAX232 string mouth connection module composes, realizes carries on the test to the frequency and demonstrates in LED.This graduation project based on the A T89S51 monolithic integrated circuit frequency meter installment, designs the sch electric circuit schematic diagram, and completes the hardware partial manufactures according to the schematic diagram, uses the KEIL-51 monolithic integrated circuit application system to establish the C language system program, finally through the synthesis debugging, can realize all requests function, completely satisfies this graduation project the request.Key words: Frequency meter; Monolithic integrated circuit; LED demonstrated; MAX232; Timer/counter目录引言 (1)1 基于AT89S51单片机的频率计的设计装置原理图及其设计思路 (2)2 单片机系统模块原理设计 (3)2.1 AT89S51芯片介绍 (3)2.2 AT89S51芯片管脚介绍 (3)2.3 AT89S51复位电路原理 (5)2.4AT89S51的时钟 (6)2.4.1 AT89S51基本时序周期 (7)2.5AT89S51各端口工作原理讲解 (7)2.5.1 P0口介绍 (7)2.5.2P1口介绍 (8)2.5.3 P2口介绍 (9)2.5.4 P3口介绍 (10)2.5.5端口的负载能力和输入/输出操作 (11)2.5.6串行端口的基本特点 (11)2.5.7串行端口的工作方式 (12)2.5.8串行端口的控制寄存器 (14)2.6 定时器/计数器 (14)2.6.1定时器/计数器结构 (14)2.6.2定时器/计数器控制寄存器 (14)2.6.3定时器/计数器工作模式 (15)2.6.4定时器/计数器的初始化 (16)2.7中断系统 (17)2.7.1中断系统的结构 (17)2.7.2中断系统的控制寄存器 (18)2.7.3中断的响应过程 (19)3 硬件设计 (20)3.1 LED显示模块设计原理 (20)3.1.1LED发光原理 (20)3.1.2种类和符号 (20)3.1.3LED的特性 (21)3.2 LED数码管介绍 (21)3.2.1 LED数码管原理结构 (21)3.2.2LED数码管工作方式 (22)3.2.3静态显示方式 (23)3.2.4动态显示方式 (24)3.2.5LED显示控制原理 (24)3.3 MAX232芯片介绍 (25)4 软件设计 (25)5 硬件的调试与测试 (26)5.1 硬件制作 (26)5.1.2PCB图的制作 (26)5.1.3电路板制作过程 (27)5.2 硬件调试 (28)5.3软件调试 (29)5.4硬件测试 (30)6 结论 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)附录 (33)引言单片机的英文名字为Microcontroller(微控制器)，从词义上理解它已能比较准确地反映出单片机的本质。

基于单片机的频率计的设计1绪论1.1研究背景及主要研究意义频率是电子技术领域永恒的话题，电子技术领域离不开频率，一旦离开频率，电子技术的发展是不可想象的，为了得到性能更好的电子系统，科研人员在不断的研究频率，CPU 就是用频率的高低来评价性能的好坏，可见，频率在电子系统中的重要性。

频率计乂称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，其最基本的工作原理为：当被测信号在特定的时间段T内的周期个数N时，则被测信号的频率£=1\!/「电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有三十多年的发展历史。

早期, 设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算机的技术水平，决定电子技术器价格高低的主要依据。

目前这些技术日臻完善，成熟。

应用现代技术可以轻松地将电子计数器的频率扩展到微波频段。

1.2数字频率计的发展现状随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。

对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。

而对中高档产品，则要求有较高的分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。

这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正地实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。

由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断增加。

在测试通讯、微波器件或产品时，通常都市较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的含有未知频率分量的、频率固定的变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。

为了能正确的测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。

微波技术器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。

虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的, 但各自厂家都有各自的一套复杂计数器的设计、使得不同型号的技术其性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似与频率分析仪的屏幕显示，对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确的选择以达到最经济和最佳的应用效果。

基于51单片机的数字频率计目录第1节引言 (2)1.1数字频率计概述 (2)1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算 (2)1.3基本设计原理 (3)第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计 (4)2.1系统硬件的构成 (4)2.2系统工作原理图 (4)2.3AT89C51单片机及其引脚说明 (5)2.4信号调理及放大整形模块 (7)2.5时基信号产生电路 (7)2.6显示模块 (8)第3节软件设计 (12)3.1 定时计数 (12)3.2 量程转换 (12)3.3 BCD转换 (12)3.4 LCD显示 (12)第4节结束语 (13)参考文献 (14)附录汇编源程序代码 (15)基于51单片机的数字频率计第1节引言本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，以及查阅资料，培养一种自学的能力。

并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。

在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。

全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。

1.1数字频率计概述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。

它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。

测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。

用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。

摘要随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。

传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的X围比较小。

考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。

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。

关键字：单片机，频率计，测量目录第1章引言1第2章方案论证22.1数字频率计设计的几种方案22.2几种方案的优劣讨论32.3本次设计采用的方案3第3章系统硬件设计43.1数字频率计工作原理43.1.1一般数字式频率计的原理43.1.2基于单片机的数字频率计原理43.2电路原理图53.3放大整形电路63.3.1放大整形电路的必要性63.3.2放大整形电路的原理63.4分频电路103.4.1分频电路介绍103.5四选一电路113.6单片机133.7显示电路143.7.1显示原理143.7.2显示电路图163.8电路PCB板18第4章系统软件设计204.1测频软件实现原理204.2软件流程图204.3几个重要的分程序21第5章系统的仿真和调试355.1硬件电路的仿真355.2误差分析38结束语39参考文献41致谢42附录43附录一：系统整体电路图43附录二：电路PCB图43附录三：系统整体程序45外文资料原文错误!未定义书签。

翻译文稿错误!未定义书签。

第1章引言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X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X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。

毕业设计-用单片机实现频率计的设计目录1 单片机概述 (1)1.1什么是单片机 (1)1.2 单片机的应用 (2)1.3 单片机历史及发展趋势 (2)1.4 单片机应用系统的结构及其必需的外接电路 (3)1.4.1 51单片机最小系统 (3)1.4.2 晶振电路 (3)1.4.3 复位电路 (4)1.4.4 定时计数器的原理 (5)2 频率计方案选定 (8)2.1 频率计概述 (8)2.2 频率测量仪的设计思路与频率计算 (8)2.3方案设计 (8)2.3.1 方案一 (9)2.3.2 方案二 (10)2.3.3 两种方案的比较 (11)3 系统软件设计 (12)3.1 频率计仿真模型 (12)3.2液晶显示部分程序设计 (13)3.3 频率测量部分设计 (17)3.3.1 方案一程序设计 (17)3.3.2 方案二程序设计 (18)3.4 频率计仿真结果 (20)3.5 PCB设计 (22)4 焊接及系统的测试 (23)5 总结 (26)1 单片机概述1.1什么是单片机单片机就是一种微型计算机，是一种“程序存储式”计算机。

它是在一块硅片上集成了中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、程序存储器（ROM或EPROM）、定时/计数器以及各种I/O接口，也就是集成在一块芯片上的计算机。

微处理器CPU主要由：运算器、数据总线、控制器组成。

同时，单片机具有优异的性价比，而且集成度、可靠性高，但受集成度限制，片内存储器容量较小（一般内ROM：8KB以下，内RAM：256KB以内），单片机的控制功能强，易于开发和扩展，可构成各种规模的应用系统。

MCS51单片机基本组成如图1所示。

图1 MCS-51单片机基本组成单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！1.2 单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

毕业论文课题：基于单片机的数字频率计的设计摘要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，复位电路，显示电路三大部分，设计以单片机为核心，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。

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