基于A(yíng)T89C51單片機的量程自切換頻率計

摘要：量程自切換頻率計采用AT89C51單片機控制，主要由信號放大整形電路，單片機控制電路，分頻電路，信號顯示電路以及電源電路五個(gè)模塊組成。本文闡述了系統的硬件組成及工作原理，論證了設計方案的可行性。系統程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，經(jīng)Keil軟件進(jìn)行調試后在Prote us軟件中進(jìn)行仿真，并且經(jīng)過(guò)實(shí)物的測試，可以實(shí)現對不同波形的頻率進(jìn)行測量。具有自動(dòng)切換并指示量程，精度較高，測量范圍較大等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：單片機；量程；自切換；頻率計

近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是類(lèi)似單片機等相關(guān)集成電路生產(chǎn)技術(shù)的快速堀起，推動(dòng)了儀器儀表及家電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，用程序代碼來(lái)簡(jiǎn)化硬件電路的復雜程度，使其不斷向著(zhù)體積小，價(jià)格低廉，功能更加多樣化、智能化的方向發(fā)展。功能齊全，價(jià)格低廉的產(chǎn)品越來(lái)越受到人們的青睞，當然，科技的發(fā)展最先受益的還是從事前沿科技研究領(lǐng)域的人員，對于他們來(lái)說(shuō)，一款好的測量設備將為他們的研究工作帶來(lái)便利的同時(shí)也減輕很多負擔。就目前而言，高端儀器設備很多均依賴(lài)進(jìn)口，研究并制造出屬于我們國家自己的高端儀器設備將是我們一直努力的方向，而且也具有非常廣闊的發(fā)展前景。

1 硬件電路設計
本設計主要由信號采集電路、放大整形電路、分頻電路、信號處理電路、電源電路和顯示電路等模塊組成。當采集到的被測信號經(jīng)過(guò)放大整形電路后被整形為幅度適中的矩形波后，根據其頻率的高低選擇相應的分頻電路對其進(jìn)行適當的分頻處理，然后單片機對分頻后的信號進(jìn)行測頻，再經(jīng)過(guò)處理后將結果送出去，驅動(dòng)顯示電路輸出的數字頻率信息，同時(shí)指示相應的量程，從而實(shí)現對頻率的自動(dòng)測量和顯示。頻率計的總體工作原理框圖如圖1所示。

1．1 放大整形電路的設計
9013是一種NPN結構的三極管，集電極和發(fā)射極之間的最高電壓25 V，集電極和基極之間的最高電壓為45 V，發(fā)射極和基極之間的最高電壓為5 V，集電極的最高電流0．5 A；三極管的最高耗散功率為0．625 W，最高的結溫為150℃，其特征頻率為150 MHz；放大倍數范圍是40倍～110倍；工作溫度范圍為-55～+150℃；74LS14是一種雙列直插式封裝具有六反相器的施密特觸發(fā)器，其工作的最高電源電壓為7 V，工作環(huán)境溫度范圍為0～70℃；三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14一起構成的放大整形電路能夠有效的對方波，正弦波，矩形波，三角波等信號進(jìn)行放大和整形，并且能夠穩定的輸出，具有較強的驅動(dòng)能力，能夠滿(mǎn)足本課題對0 Hz～20 MHz的頻率范圍要求。三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14構成的放大整形電路如圖2所示。

1. 2 信號分頻部分電路設計
74LS161為二進(jìn)制同步計數器，具有同步預置數、異步清零以及保持等功能。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器；74LS151是具有選通輸入端，互補輸出的8選1數據選擇器，數據選擇端(ABC)按二進(jìn)制譯碼，以從8個(gè)數據(D0～D7)中選取1個(gè)所需的數據。
數據選擇器74LS151與計數器74LS161構成的分頻電路能夠比較方便的完成對信號的分頻處理，通過(guò)數據選擇器來(lái)控制計數器構成的分頻器工作，從而實(shí)現對不同數量級的頻率信號進(jìn)行有效的分頻處理；為后續電路的順利進(jìn)行提供必要的保證。信號分頻模塊的電路圖如圖3所示。