2.这些都与单片机密不可分。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪器、医疗设备以及各种智能机器了。 因此，单片机的学习、开发和应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科学研究和实际应用中发挥着越来越重要的作用。 传统的频率计通常由大量逻辑电路和时序电路来实现。 此类电路通常运行缓慢且测量频率范围相对较小。 考虑到上述问题，本文设计了一种基于单片机技术的数字频率计。 首先，我们对待测信号进行放大和整形； 然后将信号发送给单片机的定时计数器进行计数，得到频率值； 最后将测得的频率值送至显示电路进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍基于单片机的数字频率计。
3、针对词频计的设计，选取了各种电路元件来实现系统，并对硬件电路进行了仿真。 TR1TR0TO的计数装置和总体设计是一个用十进制数字显示被测信号频率的测量装置。 它通过测量周期自动测量正弦波、方波、三角波的频率。 所谓“频率”是指单位时间（1s）内周期信号变化的次数。 如果在一定的时间间隔T内测量该周期信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T o 其中脉冲形成电路的作用是将测量信号转变为脉冲信号，其重复频率 fxo 时间参考信号发生器等于测量的频率，并提供标准时间脉冲信号。 如果其周期为1S，则门控电路的输出信号持续时间也正好等于1S。 门电路由标准第二信号控制。 当第二个信号到来时，
4、闸门打开，被测脉冲信号通过闸门送至计数译码显示电路。 在秒信号结束时，门关闭，计数器停止计数。 由于计数器计数的脉冲数N是1秒内的累加数，所以测量的频率fx = NHz o 本系统采用频率测量方法。 频率脉冲可以直接连接到AT89C51的TO端，由T/C1做成定时器。 T/C0 用作计数器。 在T/C1计时时间内，对频率脉冲进行计数。 1S内计数的脉冲数即为该脉冲的频率。 参见图1： 时序占用1 图1 测量时序图 由于TO 与T1 不同步，可能会造成脉冲丢失，所以计数器TO 做了一定的延时来修正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的数量。 因此，可以利用上述各种方案来实现频率测量。
5、但本文设计的数字频率计采用单片机作为电路控制系统，采用脉冲定时测频方式，因此测量低频时误差会较大。 采用脉冲周期频率测量方法测量高频时，精度无法保证； 脉冲数倍频测频法和脉冲数分频测频法精度有所提高，但控制电路较复杂； 考虑到低频信号的测量，难以采用脉冲平均周期频率测量方法； 采用多周期同步频率测量方法，选通时间与被测信号同步，消除了对被测信号进行计数带来的±1误差，测量精度大大提高，测量精度与频率一致不管怎样，在整个测量频段上都可以实现同等精度的测量。 由于本设计个人水平有限，本设计根据需要采用了脉冲定时频率测量方法。基本设计原理是先将待测信号放大整形为脉冲信号，然后再进行测量。
6、计数器由控制电路控制进行计数，最后送至译码显示电路进行显示。 其基本框图如图2所示。从图2上图可以看出，待测信号经过放大整形电路后得到待测信号的脉冲信号，然后对其进行计数通过计数器获得所需的频率值，最后送至译码显示电路进行显示。 但控制部分是最重要的。 它对整个系统的运行起着至关重要的作用。 为了获得高性能的数字频率计，本设计采用单片机作为数字频率计的核心控制电路，并辅以少量的外部控制电路。 因此，本系统设计包括信号放大整形电路、分频电路、单片机AT89C51和显示电路。本系统将被测信号进行放大整形，然后进入单片机开始计数。 它利用单片机内部的计时计数器进行计时，然后对所记住的数字进行计数。
7、经过相关处理后，送至显示电路进行显示。 下面介绍其系统原理框图。 基于以上基于单片机的数字频率计的设计原理，我们可以设计一种由放大整形电路、分频电路、多通道数据选择器、AT89C51和显示器组成的数字频率计。电路。 其系统框图如图3所示。 图3 2. 硬件设计 AT89C51 单片机及其引脚说明： 89C51 是一款采用CMOS 技术制造的高性能、低功耗8 位单片机。 它提供以下标准功能：4K字节程序存储器、128字RAM区、32条I/O线、2个16位定时器/计数器、具有5个中断源和两个优先级的中断结构、一个双工串行端口、片内振荡器和时钟电路。引脚说明： VCC：电源电压 GND：地
8、P0口：P0口是一组8位开漏双向I/O口。 用作输出口时，每个引脚可驱动8个TTL逻辑门电路。 当向端口0写入1时，可作为高阻输入。 P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，也可以设置为地址和数据总线复用的形式。 在此模式下，端口 0 有一个内部上拉电阻。 EPROM编程时，P0口接收指令字节，程序验证时输出指令字节。 程序验证时需要外部上拉电阻。 端口1：端口1是一个8位双向I/O端口，带有内部上拉电阻。 P1 口的输出缓冲器可以接受或输出4 个TTL 逻辑门电路。当向P1 写1 时，它们被内部上拉电阻拉至高电平。
9. 可作为输入端子使用。 当用作输入时，当外部器件由于内部上拉电阻而被拉低时，端口 P1 将输出低电流（IIL）。 端口 P2：P2 是一个 8 位双向 I/O 端口，内部有上拉电阻。 P2口的输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑门电路。 当向P2端口写1时，通过内部上拉电阻将端口拉至高电平。 此时可以作为输入口使用。 作为输入端口，由于内部有上拉电阻，当引脚被外部信号拉低时，将输出电流（IIL）。 当P2口访问外部程序存储器或外部数据存储器的16位地址（如MOVX DPTR）时，P2口发送高8位地址数据。 在这种情况下，端口 2 在输出 1 时使用强大的内部上拉电阻功能。当使用 8 位地址线时
10. 当访问外部数据存储器（例如MOVX R1）时，端口P2 输出特殊功能寄存器的内容。 当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。 P3端口：P3是一个8位双向I/O端口，内部有上拉电阻。 P3口的输出缓冲器可以驱动4个TTL逻辑门电路。 当向P3端口写1时，该端口通过内部上拉电阻拉至高电平，可作为输入端口使用。 作为输入端口，由于内部有上拉电阻，当引脚被外部信号拉低时，将输出电流（IIL）。 端口 P3 还具有 AT89C51 的多种特殊功能，如下表 1 所示： 端口引脚第二功能 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2INT0（外部中断 0） P3.3INT1
11. (外部中断1) P3.4T0 (定时器0) P3.5T1 (定时器1) P3.6WR (外部数据存储器写选择通道) P3.7RD (外部数据存储器全选择通道) 表1 RST：复位进入。 当振荡器运行时，RST 引脚上的高电平持续两个机器周期将使微控制器复位。 EA/V pp：允许外部访问。 为了使单片机有效地传输从外部数据存储单元0000H到FFFH的指令，EA必须连接到GND。 重要的是，如果加密位 1 被编程，则 EA 端子将在复位期间自动内部锁存。 ALE/RPOG：访问外部存储器时，地址锁存使能是一个输出脉冲，锁存地址的低8位字节。 在Flash编程时也可以作为编程脉冲输出（RPOG）。一般ALE是基于晶振的
12. 1/6 的振荡频率输出可用于外部时钟或定时用途。 但还要注意，每当访问外部数据存储器时，都会跳过 ALE 脉冲。 PSEN：当程序存储使能时，读取外部程序存储器的选通信号。 当 AT89C52 从外部程序存储器执行指令时，PSEN 在每个机器周期有效两次，除非访问外部数据存储器时，PSEN 将跳过这两个信号。 显示原理 我们测量到的频率最终都会被显示出来。 八段LED数码管显示器的基本电路如图4所示。 图4 八段LED数码管显示器由8个发光二极管组成。 底座内的7根长条形发光管排列成“太阳”形，另外一根点状发光管在数码管显示的右下角作为小数点显示。 它可以显示各种数字和一些英文字母。 LED数码管显示有两种
13、三种形式：一种是8个发光二极管的阳极连接在一起，称为共阳极LED数码管显示； 另一种是8个发光二极管的阴极连接在一起，称为共阳极显示器。 阴极LED数码管显示。 如下所示。 共阴、共阳极结构的LED数码管显示器的笔划段名称和排列位置相同。 当二极管导通时，相应的笔画段就发光，通过组合发光的笔画段来显示各种字符。 8个笔画段hgfedcba分别对应D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0的一个字节（8位），所以要显示的字符的字形码可以用8位二进制码表示。 技术参数 名称 符号 标准值 单位 MINTYPEMAX 电路电源 VDD – VSS-0.37.0VLCD 驱动电压 V
14. DD – VEEVDD – 13.5VDD + 0.3V 输入电压 VIN – 0.3VDD + 0.3V 静电电压 – 100V 工作温度 – 20 + 70°C 存储温度 – 30 + 80°C 表 2 极限参数表 电气参数表名称 符号测试条件 标准值单位 MINTYPEMAX 输入高电平 VIH-2.2VDDV 输入低电平 VIL-0.30.6V 输出高电平 VOHIOH=0.2mA2.4-V 输出低电平 VOLIOL=1.2mA-0.4V 工作电流 IDDVDD=5.0V2.0mA LCD驱动电压 VDD-VEETa=0° C4.9VTa=25° C4.7Ta=50° C4.5 表3 电气参数
15、数表时序特性表项目符号测试条件标准值单位MINTYPEMAX允许时间周期TCYCE5.1a5.1b1000ns允许脉宽、高电平PWEH450-ns允许上升和下降时间tErtEf25ns地址建立时间tAS140-ns数据延迟时间tDDR-320ns数据建立时间 tDSW195-ns 数据保持时间 tH10-ns 数据保持时间 tDHR20-ns 地址保持时间 tAH10-ns 表 4 时序特性表 模块引脚功能表 引线编号 符号 名称 功能 1Vss 地 0V2VDD 电路电源 5V ± 10% 3VEE 液晶驱动电压保证 VDD-VEE=4.5 s5V 电压差 4RS 寄存器选择信号 H：数据寄存器 L：指令寄存器 5R
16. /W 读/写信号 H：读 L：写 6E 片选信号下降沿触发，锁存数据 71DB0 | 数据线数据传输 14DB7 表5 模块引脚功能表 3. 软件设计 测频软件的实现是基于电路系统设计的。 本设计采用脉冲定时测频方式，因此软件实现基本遵循系统测频的设计原则。 本次软件设计语言采用C语言。 在计算机上编译后，可以下载到电路上的实际电路中，实现频率测量。 （开始初始化 P2=0xf，状态 F=0 初始化 T0，T1 打开定时器 T1，计数器 T0NOaa=0，状态 F=0 关闭 T1 定时器，定时器 1S 延时校正错误延时（46）关闭 TO 计数器并显示测量值 获取频率 显示4 结束/结束 4、输入时调试说明
17、频率为1HZ时，测得频率为1HZ.tlpET！ [同时 rjdy: MTE I *3 FlUTC rag': ekvnU feFl J TUI 当输入频率为 987HZ 时，测量频率为 987HZ呷«n»n3nrnra。 jJvJAPF7M14rrr rKPPPF3 A Mr" rj «MF4S11 地谬# P：婷-TflICOEFG OP133159f 5 死老L伥"£FyanRW 但当输入频率为5KHZ时，测得频率为5001HZ。 误差为0.02%。 当输入频率达到100kHZ时，测得频率为10015HZ，误差为0.15
18. d.；一; UIH:-JXM_2p rP i P* *rpHkuangJi:. 3RnW1041A3>jiaFZlMiF2JA1Jp?15円站口1P14.3U|PD.t«5f红:. 冲鼠兵错误分析：由于计时和计数是由单片机本身完成的，计数过程中会出现错误。 该误差的大小由微控制器的内部时钟决定。 使用高频晶体振荡器为微控制器提供内部时钟以减少这种误差。 本设计中我们使用了12MHz晶振，频率测量范围为1Hz1MHz。 因此，本系统的计时计数误差基本可以忽略不计。 5． 使用说明 本设计主要能够测量外周长
19、通过数码管显示周期信号的频率值。 将编译好的hex程序文件加载到单片机中，对整体电路进行仿真。 对上述电路进行仿真后，可以看出该电路要完成的功能基本可以实现。 结论 基于单片机的频率计设计涉及计算机硬件和软件知识。 通过系统的设计和调试，本设计主要完成了以下工作： 1．提出了基于单片机的数字频率计设计的基本方案； 2. 完成 3. 编译软件程序； 4.对硬件电路进行仿真并进行误差分析。参考文献1 李磊等。 编辑。 集成电路应用实验。 国防工业出版社20032 李雷等． 编辑。 电子技术应用实验教程。 电子科技大学出版社，20063 朱宏等． 编辑。 电子技术综合实验。 电子科技大学
20. 出版社，20054，冯锡昌主编。 电子电话集成电路手册。 人民邮电出版社，19965 李华等编。 MCS-51系列微控制器的实用接口技术。 北京航空航天大学出版社，19936 徐慧敏，宁安定等． 编辑。 单片机原理、接口及应用。 北京邮电大学出版社，20007 张宜坤，陈善九，单片机原理与应用。 西安电子科技大学出版社，2002.8 张有德，赵志英，徐士良。 单片机原理与应用。 和实验。 复旦大学出版社，2000。附录一，系统电路图J_>J_。 ©13_w§ RM彩虹1壣1与奇35SI 3单s nm ES& P27 M5FHjJRX
21. DF 兰果 1 叶 3 总丁艳 3>s?:7-5*-.H，程序列表 #include#include#define uchar unsignedchar#define uintunsignedintsfr16 DPTR=0x82;bit status_F=1;uint aa, qian , bai,shi,ge,bb,wan,shiwan;uchar cout;unsigned long temp;uchar 码表=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0
22. xff;void 延迟(uint z);void init();void 显示(uint shiwan,uint wan,uint qian,uint bai,uint shi,uint ge);void xtimer0();void xtimer1();void main ()P0=0XFF;init();while(1)if(aa=19)aa=0;status_F=1;TR1=0;延迟(46);TR0=0;DPL=TL0;temp=DPTR+cout *65535;DPH=TH0;石湾=temp00000/100000;湾=temp0000/100
23. 00;qian=temp000/1000;bai=temp00/100;shi=temp0/10;ge=temp;if(shiwan=0)shiwan=10;if(wan=0)wan=10;if(qian= 0)qian=10;if(bai=0)bai=10;if(shi=0)shi=10;显示(shiwan,wan,qian,bai,shi,ge);void init()temp=0;aa =0;cout=0;IE=0X8A;TMOD=0x15;TH1=0x3c;TL1=0xb0;TH0=0;TL0=0;TR1=1 ;TR0=1;无效显示(uin
24. t shiwan,uint wan,uint qian,uint bai,uint shi,uint ge) P0=0x20;P2=tableshiwan;P2=tablewan;delay(3);P0=0x08;P2=tableqian;delay(3); P0=0x04;P2=tablebai;延迟(3);P0=0x02;P2=tableshi;延迟(3);P0=0x01;P2=tablege;延迟(3);TH1=0x3c;TL1=0xb0;aa+;中断1void xtimer0()cout+;void 延迟(uint z)uint i,j;for(i=0;i
