基于单片机的频率计的设计
【精编完整版】基于单片机的数字频率计的设计毕业论文
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。
基于单片机的频率计设计_2
2.LED动态显示流程图
· 要显示的数据以BCD码的方式存放在单片机RAM的存
储单元中。
开始
返回
位选码左移1位 N
显示完 Y
指向下一个显示单元
延时1ms
置段选、位选码初 位选码送P2口 段选码转字型码
段选码送P0口
系统仿真电路图
误差分析
· 1、低频测量误差大。（原因:在低频测量时用的是 测频法，实际测量低频时需要用测周法才能对低频 准确测量）
· 2、测量低频的时候显示不稳定。（原因:受到高频 信号的影响）
· 3、频率精度不高。（原因:单片机的定时时钟的精 度影响基准时间）
减小误差措施
· 1.选用频率较高和稳定性好晶振。如选24MHZ的晶振 可使测量范围扩大，稳定性好的晶振可以减小误差。
· 2.测量频率低的信号时，可适当调整程序，延长门 限时间，减少相对误差。
· 最后，衷心感谢各位评阅老师，感谢您们参与我的 论文评阅工作！
谢谢大家！
·6.七段LED显示器共阴极字型码
·7.定时/计数器T0、T1方式0的结构
· C/T为定时或计数方式选择位。 · 当C/T=1时，定时/计数器工作在计数方式。 · 当C/T=0时，定时/计数器工作在定时方式。
软件部分设计
1.软件设计流程
待测信号
AT89C52单片机
译码
否 有ห้องสมุดไป่ตู้ 位判 断
是
数据显示电路
· 本设计的总体功能是完成对被测信号脉冲进行计 数，数据处理，输出显示控制。
硬件部分设计
·1.总体结构
· 频率计由单片机AT89C52 、信号预处理电路、测量 数据显示电路所组成，其中信号预处理电路包括待 测信号放大电路、波形变换、整形和分频电路。
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
基于单片机的频率计设计
基于单片机的频率计设计1. 1 系统组成频率计由单片机89C51 、信号予处理电路、串行通信电路、测量数据显示电路和系统软件所组成,其中信号予处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形和分频电路。
系统软件包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模块、信号周期测量模块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD 码转换模块。
1. 2 处理方法本频率计的设计以AT89C51 单片机为核心,利用它内部的定时/ 计数器完成待测信号周期/ 频率的测量。
单片机AT89C51 内部具有2 个16 位定时/ 计数器,定时/ 计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。
设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。
例如当要求频率测量结果为3 位有效数字,这时如果待测信号的频率为1Hz ,则计数闸门宽度必须大于1000s。
为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求,把测量工作分为两种方法。
当待测信号的频率大于100Hz 时,定时/ 计数器构成为计数器,以机器周期为基准,由软件产生计数闸门,这时要满足频率测量结果为3 位有效数字,则计数闸门宽度大于1s 即可。
2. 1 信号予处理电路频率计信号予处理电路如图3 所示,它由四级电路构成。
第一级为零偏置放大器,当输入信号为零或者为负电压时,三极管截止,输出高电平;当输入信号为正电压时,三极管导通,输出电压随着输入电压的上升而下降。
零偏置放大器把如正弦波样的正负交替波形变换成单向脉冲,这使得频率计既可以测量任意方波信号的频率,也可以测量正弦波信号的频率。
3. 1 数据处理过程在频率计开始工作,或者完成一次频率测量,系统软件都进行测量初始化。
测量初始化模块设置堆栈指针(SP) 、工作寄存器、中断控制和定时/ 计数器的工作方式。
定时/ 计数器的工作首先被设置为计数器方式, 即用来测量信号频率。
在对定时/ 计数器的计数寄存器清0 后,置运行控制位TR 为1 ,启动对待测信号的计数。
基于单片机简易频率计设计
基于单片机简易频率计设计一、前言频率计是一种测量电信号频率的仪器，其应用广泛。
本文将介绍如何基于单片机设计一个简易的频率计。
二、设计思路本次设计采用单片机作为核心控制芯片，通过捕获输入信号的上升沿和下降沿来计算出信号的周期，从而得到信号的频率。
具体实现过程如下：1. 选择合适的单片机选择一款适合本次设计要求的单片机，需要考虑其性能、价格、易用性等因素。
常见的单片机有STC89C52、AT89C51等。
2. 硬件电路设计硬件电路主要包括输入端口、捕获定时器模块、显示模块等。
其中输入端口需要接收待测信号，捕获定时器模块用于捕获信号上升沿和下降沿的时间，显示模块则用于显示测得的频率值。
3. 软件程序设计软件程序主要包括初始化程序、捕获中断服务函数和主函数等。
其中初始化程序用于设置捕获定时器模块和显示模块参数，捕获中断服务函数则是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，主函数则用于控制程序流程和显示结果。
三、硬件设计1. 输入端口设计输入端口需要接收待测信号，一般采用BNC接头。
由于输入信号可能存在较高的电压和噪声，因此需要加入滤波电路以保证输入信号的稳定性。
2. 捕获定时器模块设计捕获定时器模块是本次设计的核心部分，其主要功能是捕获输入信号的上升沿和下降沿时间，并通过计算得到信号周期和频率值。
常见的捕获定时器模块有16位定时器/计数器、32位定时器/计数器等。
在本次设计中，我们选择了16位定时器/计数器。
3. 显示模块设计显示模块主要用于显示测得的频率值。
常见的显示模块有LED数码管、LCD液晶屏等。
在本次设计中，我们选择了LCD液晶屏。
四、软件程序设计1. 初始化程序初始化程序主要包括设置捕获定时器模块参数、设置LCD液晶屏参数等。
2. 捕获中断服务函数捕获中断服务函数是实现对输入信号上升沿和下降沿时间的捕获与计算，其具体实现过程如下：（1）当捕获定时器模块捕获到输入信号上升沿时，记录当前时间值。
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
基于单片机的频率计设计开题报告
方案一：单片机AT89C52
AT89C52单片机与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；AT89C52最高工作频率为24MHz。
综上所述，两者基本功能相同，同样的晶振频率，STC89C52的速度比AT89C52快，同时STC89C52下载程序方面，直接串口就可以下载，AT89C52需要使用专用的编程器。后者比较流行，前者已经停产了。所以选择方案二的单片机。
液晶显示选用
方案一：数码管显示
数码管是一类显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜使用简单，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。由于发光二极管的余辉效应及人的视觉暂留现象，实际上尽管数码管不是同时点亮，但只要扫描的速度很快，给人的印象就是稳定的显示数据，不会有感觉到闪烁，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗低。
论文题目
基于单片机的频率计设计
一、选题背景和意义
本论文主要研究用单片机来设计的频率计。因为在电子技术中，频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时，都趋向于用竟可能少的硬件来实现，并且尽力把以前由硬件实现的功能部分，通过软件来解决。因为软件实现比硬件实现具有易修改的特点，如简单的修改几行源代码就比在印制电路板上改变几条连线要容易的多，故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的灵活性。
基于单片机的频率计的设计数字频率计
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。
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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 tube1绪论1.1课题背景频率是电子技术中的基本参数，它和许多电参量的测量方案、测量结果关系密切，频率的测量十分重要。
频率计是用一个高稳定度的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。
一般情况下闸门时间（计算每秒内待测信号的脉冲个数所需时间）为1秒，闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
数字频率计是一种用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
1.2 课题研究的目的和意义基于单片机的数字频率计价格低廉，可靠性高，体积小，使用便捷，功能多样，大范围地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，节省很多复杂的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。
有的还能自动调整测试点，操作方便，提高测试精度。
1.3数字频率计设计的任务与要求基于单片机控制的数字频率计1.测频范围：10Hz~10KHz。
为保证测量精度分三个频段10Hz~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz，有超量程指示。
2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。
3.测量误差：≤1。
2 数字频率计总体方案设计2.1总体方案介绍本方案利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。
其原理框图如图 2.1所示：信号放大电路信号整形电路单片机AT89C51电路数字显示电路图2.1 方案原理框图具体过程为：将被测信号送入信号放大电路进行放大，放大后接着被送到信号整形电路进行整形，将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进行显示。
3 数字频率计的硬件系统设计3.1 数字频率计的硬件系统框架数字频率计是一种用数字将被测频率显示出来的计数装置，其硬件部分主要7407缓冲器、单片机89C51芯片、LED数码管显示器三大硬件。
89C51功能强大，相比以往单片机功能更全，7407驱动LED数码管显示器，简化了LED数码管复杂的连线。
此系统的主要工作过程是：将被测信号经过预处理电路进行放大、整形、分频后，输入至89C51的P3.4口，由单片机控制控制LED显示器，最终以数字进行显示。
图3-1为数字频率计方案框图。
信号处理输入AT89C51单片机7407缓冲器LED数码显示图3-1 数字频率计方框图3.2 时钟和复位电路设计单片机常用的时钟电路有两种方式，一是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
此设计采用内部时钟方式，晶振为振荡频率6MHz的石英晶体，选用6MHz 频率的晶体，允许输入的脉冲频率为250kHz。
这是因为确认一次负跳变要花2分机器周期，即24个振荡周期，所以外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24。
电容的大小范围为20pF～40pF，本设计选用30pF电容。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此设计采用最简单的上电自动复位电路：通过外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个短的高电平信号。
图3-2为时钟电路和复位电路设计。
图3-2 89C51晶振接法和上电复位电路图3.3信号输入电路设计信号输入电路包括两部分：一是零偏置的放大器，二是一个带施密特触发器的反相器7414。
此电路设计目的是将被测信号进行波形的变换，具体过程是：零偏置放大器工作时，输入信号为零或者是负电压时，三极管截止，输出为高电平；输入信号为正电压时，三极管导通，输入的电压会随着电压的上升而下降着。
零偏置放大器功能是将正弦波一样的正负交替波形转换成为了一个单向的脉冲，因此频率计不仅能够测量方波的信号，而且还能够测量正弦波信号的一个频率。
7414的基本作用是反相器，7414将放大器产生的单向脉冲变换成与TTL/CMOS 电平相兼容的方波。
图3-3为信号输入电路设计。
图3-3 89C51信号输入电路图3.4计数电路的设计计数电路的设计有两个二/五分频十进制计数器74LS290构成。
两块74LS290进行级联：一个对经7414形成的方波进行2分频，接着一个再进行10分频。
这样级联后是对信号进行20分频。
74LS290引脚图如图3-4所示。
图3-4 74LS290引脚图74LS290是二/五分频十进制计数器，其功能如下：（1）异步清零端 MR1,MR2 为高电平时，只要置9端 MS1,MS2有一个为低电平，就可以完成清零功能。
（2）当 MS1,MS2 均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9的功能。
（3）当 MR1,MR2 中有一个以及 MS1,MS2 中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作：1) 十进制计数。
应将/CP1 与 Q0 连接，计数脉冲由/CP0 输入。
2) 二、五混合进制计数。
应将/CP0 与 Q1 连接，计数脉冲由/CP1 输入。
3) 二分频、五分频计数。
Q0 为二分频输出，Q1~Q3 为五分频输出。
两块74LS290进行级联对信号进行20分频的具体过程为：经7414形成的方波信号由第一个74LS290的CP0输入从Q0输出，这样信号就经过了2分频，再把从第一个74LS290的Q0输出的信号输入至第二个74LS290的CP0并且第二块74LS290的CP1与Q0相连，这时从第二块74LS290的Q3输出的信号就完成了20分频。
两个74LS290级联组成2×10=20进制异步加法计数器如图3-5所示。
图3-5 二十进制异步加法计数器3.5显示电路的设计显示电路的设计是由单片机89C51控制LED数码管进行数字显示，LED数码显示器进行正常工作发光需要几个至几十个毫安的电流来驱动，所以在每个LED 数码显示器前链接一个7407缓冲器来驱动。
具体电路如图3-6图3-6 显示电路图3.6电源模块的设计使用变压器提供到AC桥堆的输入脚为9V交流电压，通过AC整流输出为9V 直流电，经过电解电容滤波、7805稳压，提供给89C51单片机为5V电压。
5V 电源电路如图3-7所示。
图3-7 5V电源电路图3.7系统原理图数字频率计的系统原理图图3-8 系统原理图4 数字频率计软件系统设计4.1 软件设计规划4.1.1信号处理频率计工作之前或是完成频率测量之后，系统软件必须进行测量初始化过程，它包括设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式。
定时/计数器的工作首先被设置为计数器的计数寄存器清0后，置计数运行控制位TR为1，启动对待测信号的计数。
计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值开始，也就是从测量频率的高量程开始。