基于单片机等精度数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计与制作
摘要在电子技术领域中，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，因此频率的测量就显得更为重要。
本文设计的测量频率计由硬件电路和软件设计两部分组成。
硬件电路以AT89S52单片机最小系统为核心，实现整个电路的测试信号控制、数据运算等功能，选用74LS160作为分频电路，并通过LCD显示模块显示测量的数据。
软件设计包括：单片机定时计数程序、LCD显示程序等。
该数字频率计可以对输入信号幅度为5V的正弦波信号、方波信号、三角波信号进行测量，测量的频率范围为1Hz--10MHz。
测量的相对误差为 1%。
本系统具有结构紧凑、体积小、可靠性高、测频范围宽、使用方便等优点。
关键字:数字频率计；信号；单片机AbstractIn the electronics field, the frequency is one of the most basic parameters, and is very closely related to many electrical parameters measurement program, measurement results, so the measurement of frequency becomes even more important. The measurement of frequency designed in this text consist of two parts: the hardware and software design .the hardware circuitry take AT89S52 microcomputer as the core, to achieve the functions of controlling of the entire circuit of the test signals, data operations and choose 74LS160 as a frequency divider circuits, and through LCD display module shows measured data. Software design includes: MCU timer counting procedures, LCD display procedures and so on. The digital frequency meter can measure amplitude sine wave signal, square wave, triangle wave signals of which input signal is 5v, the frequency measured ranges from 1Hz to10MHz. The relative measurement error is 1%. This system has the advantage of compact structure , small size, high reliability, test frequency range, and easy use. Keyword:Figure frequency meter；Signal；Single-chip目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题研究的目的和意义 (1)1.3国内外概况 (2)1.4课题的主要研究工作 (2)2 硬件电路的设计 (3)2.1系统方案选择 (3)2.2系统结构及基本设计原理 (5)2.3基本电路设计 (6)2.3.1前置整形电路 (6)2.3.2 分频电路 (7)2.3.3 选通通道 (10)2.4LCD1602在系统中的应用 (12)2.4.1 LCD1602的特点 (12)2.4.2 LCD1602的工作原理 (13)2.4.3 LCD1602与单片机的连接 (14)2.5控制核心AT89S52单片机 (14)2.5.1 AT89S52引脚功能描述 (14)2.5.2时钟振荡电路 (17)2.5.3复位及复位电路设计 (18)3 软件设计 (20)3.1主程序的设计 (20)3.2LCD1602显示子程序流程 (21)4 系统调试 (22)4.1系统的硬件调试 (22)4.2系统的软件调试 (23)4.3频率测量结果 (24)5 总结与展望 (25)5.1总结 (25)5.2展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录1 (29)附录2 (30)1 绪论1.1 课题背景数字频率计(DFM)是电子测量与仪表技术最基础的电子仪表类别之一, 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，而且它是数字电压表(DVM)必不可少的部件。
基于单片机控制的数字频率计设计
基于单片机控制的数字频率计设计1. 简介在电子领域中，频率对于信号处理和电路设计至关重要。
频率计是一种测量电信号频率的仪器，它可以帮助工程师们更好地理解信号的特性，并在电路设计和调试中起到至关重要的作用。
在本文中，我将详细探讨基于单片机控制的数字频率计的设计原理和实现方法，希望能帮助读者全面理解这一主题。
2. 频率计原理频率计的原理在于对输入信号的周期进行测量，并通过适当的算法将其转换为频率。
基于单片机的数字频率计设计采用计数的方法来测量信号周期，然后利用计数的结果和时间基准来计算频率。
在这个过程中，单片机起到了关键的控制和计算作用，能够精准地对输入信号进行测量和处理。
3. 单片机选择在设计数字频率计时，单片机的选择至关重要。
一般情况下，我们会选择性能稳定、计算能力强、易于编程的单片机作为核心控制芯片。
常用的单片机包括STC系列、STM32系列和PIC系列等，它们都具有较好的性能和可靠性，适合用于数字频率计的设计和实现。
4. 系统设计数字频率计系统一般由信号输入、单片机控制、显示模块和电源模块等部分组成。
在系统设计中，信号输入模块用于接收待测信号，并将其转换为数字信号输入到单片机中；单片机控制模块负责对输入信号进行计数和处理，并输出结果到显示模块；显示模块一般采用数码管或液晶显示屏，用于显示测量的频率数值。
电源模块需要为整个系统提供稳定的工作电压，确保系统正常运行。
5. 算法设计在数字频率计的设计中，算法的设计对于测量结果的准确性和稳定性至关重要。
一般而言，常见的测频算法包括时间测量法、计数器法和分频计数法等。
这些算法都需要考虑精确的计数和时间基准，以确保测量结果的准确性。
在算法设计中还需要考虑到单片机的计算能力和存储空间，选择合适的算法和数据结构来降低系统的复杂度和成本。
6. 实现方法基于单片机的数字频率计的实现方法有多种，可以根据具体的需求和应用场景选择合适的硬件和软件方案。
在硬件设计方面，需要考虑信号输入电路、计数电路、显示电路和电源电路等部分；在软件设计方面，需要编写相应的程序代码，实现信号测量、数据处理和显示控制等功能。
数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计摘要本文论述了基于单片机的数字频率计的实现，介绍了开发频率计所需要的各种软件.详细阐明了频率计的设计步骤以及方法,通过以89C52单片机为核心，利用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码管将所测频率显示出来。
本频率计设计简洁，适用范围广.关键词单片机；数字频率计；计数器引言随着电子信息产业的发展，频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要.频率是电子技术领域的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数. 由于科学技术的不断发展提高,人们对科技产品的要求也相应的提高，数字化的电子产品越来越受到欢迎.频率计作为比较常用和实用的电子测量仪器，广泛应用于科研机构、学校、家庭等场合，因此它的重要性和普遍性勿庸质疑。
数字频率计具有体积小、携带方便，功能完善、测量精度高等优点,因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。
比如将数字频率计稍作改进，就可制作成既可测频率，又能测周期、占空比、脉宽等功能的多用途数字测量仪器.将数字频率计和其他电子测量仪器结合起来,通过传感器制成各种智能仪器仪表，应用于航空航天等科研场所，对各种频率参数进行计量；应用在高端电子产品上,对其中的频率参数进行测量等等.研究数字频率计的设计和开发,有助于频率计功能的不断改进、性价比的提高和实用性的加强.国际上数字频率计的分类很多。
按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。
所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。
通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。
专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。
数字频率计按频段分类(1)低速计数器:最高计数频率＜10MHz；（2）中速计数器:最高计数频率10-100MHz;（3)高速计数器：最高计数频率＞100MHz；（4)微波频率计数器：测频范围1—80GHz或更高。
1 频率计概述1.1 频率计原理频率就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。
基于单片机的频率计的设计与制作
器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组
不会有闪烁感。
系统硬件设计
Q4 PN P
Q3 PN P
Q2 PN P
R1 R2 R3 R4 vcc
R 13 10 K
Q1 PN P
S1 SW -P B
1K
1K
1
1K
2
3
1K
4
5
6
7
8
13 12
数字电平信号
15
14
C1
30 pf
31
C2 30 pf
系统软件设计
4.2软件流程图
开始
声明变量与函数
读
SB2=0？
设置 启动
显示函数
状态标志=0 测量函数
no
yes
状态标志=0？
主程序
系统软件设计
显示函数
扫描信号初始化
输出显示信号 输出扫描信号下一个扫
描信号延时4ms
四位数？ 返回
yes
系统软件设计
T-1s
重设定时值
no 20次？
yes
基于单片机的数字频率计的设计和仿真
中的作用是将 Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５ 的二进制代码输入 到译码器中， 然后翻译对应的输出信号， 以选通 限流电路， 使其完成数据读写功能。
４． 数据显示电路 数据显示电路由限流电路和七段数码管组 成， 采用的器件是 ７４ＬＳ３７４ 芯片和 ＬＥＤ 显示器。 ７４ＬＳ３７４ 芯片的主要作用是显示前的电流驱动， 因为数码管显示所需电流比较小， 而从 ８Ｄ 上升 沿触发器输出的电流比较大， 所以需要加个适当 的电阻进行限流。ＬＥＤ 显示器的结构由发光二极 管 构 成 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ 和 ｇ 七 段 ， 并 由 此 得 名［６］。本 设计中采用了五个七段数码管进行数据显示， 将 五个数码管串接起来进行显示， 显示数据即是对 频率计的测量结果。
３ Ｋｅ ｌｌ 仿真结果
本次设计使用 Ｐｒｏｔｅｕｓ 软件搭建仿真电路， 用 Ｋｅｌｌ 软件进行了软硬联调。经过 Ｋｅｌｌ 软件调试， 在 没有差错的情况下， 生成 ＨＥＸ 文件， 此时源程序 和 ＨＥＸ 文件应保存在同一目录下， 否则仿真会出 错。然后把原理பைடு நூலகம்的 Ｓｏｕｒｓｅ 目录加上源程序， 双击 ＡＴ８９Ｃ５２ 芯片， 并在目录上加上 ＨＥＸ 文件， 这时 已经把生成好的文件烧在了芯片中， 注意每打一 次原理图进行仿真时， 必须重新设置 Ｓｏｕｒｓｅ 文件 和 ＨＥＸ。
１ 设计思路
本文设计的是一种单片机控制的频率计数器。 该频率计首先以信号放大整形后的方波脉冲作为控 制闸门信号， 然后采用计数器和锁存器对不同频率 范围的信号直接进行计数来完成分频功能， 分频后
的信号由接口电路送给单片机， 由单片机的计数器 对其进行计数，最后将计数结果通过运算转变为原信 号的频率数值， 最后通过动态显示电路显示数值。由 于单片机内部振荡频率很高， 所以一个机器周期的 量化误差相当小， 可以有效的提高低频信号的测量 准 确 性 。本 设 计 以 单 片 机 ＡＴ８９Ｃ５２ 为 核 心 ， 通 过 译 码、分频、计数等电路， 以及软件程序的编写， 实现脉 冲频率的显示。整体设计思路可用框图 １ 表示。
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现【摘要】本文介绍了基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现。
在文章阐述了研究背景、研究意义和研究内容。
在首先介绍了数字频率计的工作原理，然后分别讨论了基于FPGA和单片机的数字频率计的设计方案。
接着详细描述了硬件系统设计和软件系统设计。
在通过实验结果分析展示了设计的可靠性和高精度性能，并总结了设计的优缺点。
展望未来发展方向，提出了进一步优化和改进的建议。
通过本文的研究与实现，可为数字频率计的设计提供一种更高精度和更有效的解决方案，具有较好的应用前景和推广价值。
【关键词】FPGA、单片机、高精度数字频率计、硬件系统设计、软件系统设计、实验结果分析、设计优缺点总结、未来展望、数字频率计的原理、基于FPGA的设计、基于单片机的设计、研究背景、研究意义、研究内容。
1. 引言1.1 研究背景数字频率计是一种广泛应用于电子领域的重要仪器，用于准确测量信号的频率。
随着现代电子设备对频率精度的要求日益提高，高精度数字频率计的研究与应用变得越来越重要。
目前市面上的数字频率计大多基于FPGA或单片机进行设计，这两种方案各有优劣。
基于FPGA的数字频率计可以实现高速、高精度的频率测量，适用于需要处理大量数据的场景。
而基于单片机的数字频率计则更便于实现低功耗、低成本的设计，适用于对精度要求不是特别高的场合。
目前关于基于FPGA和单片机的高精度数字频率计设计的研究还比较有限，对于如何结合FPGA和单片机的特点，设计出既具有高精度又具有低成本的数字频率计仍有待探讨。
本文将重点研究基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现，旨在探讨如何充分发挥两者的优势，实现高精度、低成本的频率测量系统。
通过本研究，有望为数字频率计的设计与应用提供新的思路和方法。
1.2 研究意义数字频率计是现代电子技术中常用的一种测量设备，可以用于测量各种信号的频率。
随着科学技术的不断发展，对数字频率计的精度和性能要求越来越高。
基于单片机等精度数字频率计的设计与实现
基于单片机等精度数字频率计的设计与实现作者：赵贺来源：《硅谷》2008年第19期[摘要]该系统以AT90S8515单片机为核心，应用单片机的运算和控制功能并采用等精度测量原理、应用LED显示器实时地将所测频率显示出来，在实际应用中既能满足测量的精度要求，又具有很好的性能价格比。
[关键词]单片机等精度测量频率中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1010020－01一、前言基于传统测频原理的频率计在实际使用中存在比较大的局限性，其测量精度会随着被测信号频率的下降而下降，而等精度频率计在整个测频区内能保持恒定的测试精度，具有较高的测量精度。
二、等精度测量原理等精度频率测量的实现方法如图1所示。
在图中，预置门控信号是宽度为的一个脉冲，CNT1和CNT2是两个可控的计数器。
标准频率信号从CNT1的时钟输入端CLK输入，其频率为，经整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入，设其实际频率为。
当预置门控信号为高时，经整形后的被测信号的上升沿通过D触发器的Q端同时启动计数器CNT1和CNT2。
CNT1和CNT2分别对被测信号（频率为）和标准频率信号（频率为）同时计数。
当预置门信号为低电平时，随后而至的被测信号的上升沿将使两个计数器同时关闭。
设在一次预置门时间内对被测信号的计数值为，对标准信号的计数值为，则下式成立：则计数结束后由CNT1和CNT2输出的计数值，根据上式的等精度测量公式即可计算出被测信号的频率。
由上述可见，等精度测频法具有以下三个特点：⑴相对测量误差与被测频率的高低无关；⑵增大或可以增大，减少测量误差，提高测量精度；⑶测量精度与预置门宽度和标准频率有关，与被测信号的频率无关，在预置门和常规测频闸门时间相同而被测信号频率同的情况下，等精度测量法的测量精度不变。
保证了测量的精度。
三、系统硬件电路组成应用等精度测频原理设计的系统硬件电路如图2所示，由MCU、信号放大与整形电路、晶振电路、显示电路、键盘电路及频率测量电路等组成。
基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)
1.2 设计思路
测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行
计数”。常用的频率测量方法主要有两种：直接测频法和间接测频法 （即测周期法）。直接测频法在低频段的相对测量误差较大，故常用 于测量高频信号；测周期法在高频段的相对测量误差较大，更适合于 测量低频信号由于本次设计的实际测量范围为1Hz～200KHz左右，主 要是针对在低频段的测量，且由于单片机具有程序运算功能，频率为 周期的倒数，这样使得频率测量与周期测量可以互通，故此次设计采 用间接测量法（测周期法）。其原理图如下所示：
使用液晶显示器（LCD）进行数据显示
采用LED显示管只能显示0～9和一些简单的英文字母，这使得频率计的功能 受到极大的限制，而LCD显示管能够解决LED的不足，增强显示功能。LCD具有体 积小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，因 此广泛应用于各种仪表设备中去。LCD液晶显示器主要有字符型和点阵型两种。 字符型LCD能显示特定的字符，应用在特定的场合，可以代替常用的LED显示器 显示和进行其他特殊字符的显示；点阵型LCD则可以以点阵的形式显示字符、图 形和汉字，满足各种需要。
被测闸门信号
未知
高频基准信号
实际检出已知信号
1.3 电路设计
数字频率计系统设计共包括四大模块：单片机控制模块、电源模
块、放大整形模块及ＬＥＤ显示模块。 数字频率计设计总框图如下：
被测信 号
放大整形电 路
单片机
LED 显 示
电源电 路
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( 五) 显 示电路 采用8位LD数码管进行显示。八位LED显示采用了动态显示软件译码工 作方 式。 LED显 示器 选用共 阳极 。 ( 六 ) 频率测量电路 等精度频率测量电路中用到的计数器由可编程定时器／计数器82 54的 CNTo、c Ⅳ正计数器级联 构成，记录被测信号在 7_t 时间内的 脉冲数M。 82 54的最高计数频率可达I OMHZ。定时器Hh 825 4的CNT2计数器实现。 四、系统软件设计
高测量精度；( 3) 测量精度与预置门宽度和标准频率有关，与被测信号的频
率无关，在预置门和常规测频闸门时间相同而被测信号频率同的情况下，
等 精度 测量 法的 测量 精度 不变 。保 证了 测量 的精 度。
三、系统硬件电路组成
应用等精度测频原理设计的系统硬件电路如图2 所示，由MCU、信号放 大与整形电路、晶振电路、显示电路、键盘电路及频率测量电路等组成。
经整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入，设其实际频率为／，。 当预置门控信号为高时，经整形后的被测信号的上升沿通过O触发器的Q端 同时启动计数器CNTl 和CNT2。CNTI 和CNT2分别对被测信号( 频率为／；) 和 标准频率 信号( 频率为Z)同时 计数。当预置 门信号为低电 平时，随后而 至的被测信号的上升沿将使两个计数器同时关闭。设在一次预置门时间t ，
二、等精度测量愿理 等精度频率测量的实现方法如图l 所示。
顶置f J ' | 卒信号
杯准 频率信 号 被测信 号 清零信 号
图1等精度测频法原 理框图
在图中，预置门控信号是宽度为。的一个脉冲，CNTl 和CNT2是两个
可控 的计数 器。 标准频 率信号 从CNTl 的时钟 输入 端CLK输 入，其 频率 为／， ，
内对被测信号的计数值为址，对标准信号的计数值为Ⅳ，，则下式成立： t —f s
N。Ns
f —l s XN。
则“
Ⅳ．
则计数结束后[ 扫CNTI 和CNT2输出的计数值，根据上式的等精度测量公
式即 可计算 出被 测信号 的频率 。
由上述可见，等精度测频法具有以下三个特点：( 1) 相对测量误差与
被测频率的高低无关；( 2) 增大乙或／，可以增大Ⅳ，，减少测量误差，提
软件采用汇编语言编写，应用模块化设计方法，主要包括键盘子程 序 、测 试子 程序 、数 据处 理子 程序 、LED显示 子程 序。
( 一) 初 始化 主要 完 成清预 置 门、关 中 断、显 示 提示符 的 功能。 ( 二 ) 键盘子程序 主要 完成 接收 预置 门时 间并 进行 显示 。 ( 三 ) 测试子程序 主 要完 成测 频中 连 续显 示、 判断 是否 需 要分 频和 等精 度 测频 的功 能。 ( 四 ) 数据处理子程序 主要 完成计 数值 的结果 的调整 。 ( 五) LED显示子程序
Ⅵ 裂 剥 自然
秘攀
豳嚣i i
基于单片机等精度数字 频率计的设计与实现
பைடு நூலகம்
赵贺 ( 兰州 交通 大学 电子 与信 息工 程学 院兰 州甘 肃730070)
[ 摘要] 该系统以AT90 s851 5单片机为核心，应用单片机的运算和控制功能并采用等精度测量原理、应用LED显示器实时地将所测频率显示出来，在实际应用中 既能 满足测量 的精度要 求，又具 有很好的 性能价格 比。
[ 关键词] 单片机等精度测量 频率 中图 分类号 ：TP3 文献 标识 码：A 文章 编号 ：167 1- - 7 597( 2 008) 1 01002 0- - 01
一 、前育
基于传统测频原理的频率计在实际使用中存在比较大的局限性，其测 量精度会随着被测信号频率的下降而下降，而等精度频率计在整个测频区 内能 保持 恒定 的测 试精 度，具 有较 高的 测量 精度 。
主 要完 成扫 描输 出位 码及 字 型码 ，动 态显 示测 量结 果。 五、结束语
与传统的电路相比，该系统处理速度快、稳定性高，具有较高的性价 比。
Ⅲ：U
●
图2系统硬 件电路组 成
团
号
参考文 献： [ 1] 何立民，单片机 应用技术选编，北京航空航天大学 出版社，1998． [ 2] 谭会 生、瞿遂春 ，EDA技术综 合应用实例 与分析，西 安电子科技大 学，
200 7．
[ 3] 李汉军等，等精度测频单片机系统的研究，仪器仪表用户，2 001年第 l 期．
( 一) MCU MCU采用AT9 0S851 5，完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示 输出的功能。
( 二) 信号放大与整形电路 主要 完 成对被 测 信号的 放 大、整 形 、滤波 等 。
( 三) 晶 振电路 主 要提 供标 准频 率信 号 。选 用高 频率 稳定 度 和高 精度 的晶 振。