电子频率计设计【摘要】本文设计了一种以单片机AT89C51为核心的电子频率计，介绍了单片机，按键控制和显示单元的组成及工作原理。测量时，将被测输入信号送给单片机，通过按键来控制自动还是手动计数，信号通过编写的程序来处理，然后在6位LED数码管显示频率值，通过测量结果对比，分析了误差的来源，提出了减小误差应采取的措施，频率计应具有电路结构简单、成本低、测量方便、精度较高的特点。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，能扩展能力强，适用范围广。【关键词】电子频率计，单片机，LED显示，Proteus仿真，Keil仿真引言随着科学技术的发展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速发展，频率计的研究及应用越来越受到重视，这样对频率测量设备的要求也越来越高。目前微处理器芯片发展迅速，出现诸多如DSP、FPJA等不同领域的应用芯片。而单片机是一门发展极快，应用方式极其灵活的设计、微笑的功耗。廉价的成本，在数据采集、过程控制、模糊控制、智能仪表等领域得到广泛的应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。电子频率计是计算机、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，精度高，显示直观，经常要用到频率计。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用。51系列及衍生单片机还会在续后很长时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用是非常重要的。本次课程设计的内容是使用AT89S51单片机最小系统设计频率计系统，系统以单片机位主控单元，主要用于对方波频率的测量。电子频率计总体方案的设计1.1频率计工作原理所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定的时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到单片机内部，用程序进行处理。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的计数器，所以被测频率fx=NHz。1.2设计思想明确频率计工作原理以后，为了更方便思路更加的清晰地对程序编写，还应该作出程序的总体框图，如下图。程序的主体可以分为4个模块：定时计数、采集数据、程序处理和数码显示。定时到读取数据数码显示管1s定时器开始同时开始计时程序处理1.3方案论证本方案主要是以单片机位核心，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把测出的数据送到数字显示电路显示。其工作原理图如下：单片机AT89C51电路信号输入内部运算数字显示电路硬件电路设计2.1系统硬件的设计本频率计的数据采集系统主要元器件是AT89S51单片机，有它完成对待测信号频率的计数和结果显示功能，外部还有LED显示器、按键控制等器件。可分为以下四个模块：计时模块、计数模块、信息采集处理模块、LED显示模块。由于本次设计非常的简单，实现的功能不较少，所以计数模块、计时模块均采用单片机本身的内部计时器和内部计数器。各模块关系如下图所示：2.2系统工作原理图该系统工作的总原理图如下所示：系统工作原理图2.3器件选型2.3.1AT89C51单片机及其引脚说明选择单片机AT89C51是因为有编程灵活、易调试的特点，而且AT89C51的引脚比较多，利于电路的扩展。它集成了CPU,RAM,ROM,定时器/计数器和多功能I/O口等一台计数机所需的基本功能，有40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口。其片内集成了4KB的FLASHPEROM用来存放应用程序，这个FLASH程序储存器除允许一般的编程器离线编程外，还允许在应用系统中实现在线编程，并且还提供了对程序进行三级加密保护的功能。AT89S51的另一种特点是工作的速度更高，晶振可高达24MHz，一个机械周期仅为500ms，比MCS—51系列单片机