基于單片機控制的數字頻率計設計

摘要：提出一種基于單片機AT89S52控制的數字頻率計的設計新方法。該方法將待測頻率信號經(jīng)過(guò)整形放大后輸入單片機，然后由單片機控制內部計數器分別對待測信號和標準信號同時(shí)計數，再經(jīng)運算處理得到測量結果，可自動(dòng)量程轉換，并由1602ALED顯示器實(shí)時(shí)顯示。該設計與傳統測頻系統相比，具有體積小、成本低、低功耗、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種測量電路。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱CAT89S52；數字頻率計；1602ALED顯示器；匯編語(yǔ)言

在電子領(lǐng)域內，頻率是一種最基本的參數，并與其他許多電參量的測量方案和測量結果都有著(zhù)十分密切的測量精度。因此，頻率的測量就顯示得尤為重要，測頻方法的研究越來(lái)越受到重視。頻率計作為測量?jì)x器的一種，常稱(chēng)為電子計數器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期，頻率計的應用范圍很廣，它不僅應用于一般的簡(jiǎn)單儀器測量，而且還廣泛應用于教學(xué)、科研、高精度儀器測量、工業(yè)控制等其他領(lǐng)域。隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機的迅速發(fā)展，特別是單片機的出現和發(fā)展，使傳統的電子測量?jì)x器在原理、功能、耗電、可靠性等方面都發(fā)生了重大的變化。目前，市場(chǎng)上有各種多功能、高精度、高頻率的數字頻率計，但價(jià)格不菲。為適應實(shí)際工作的需要，本文考慮以單片機(AT89 S52)為控制平臺和一個(gè)1602ALED顯示器作為顯示部件設計的一種頻率計，整個(gè)設計采用定時(shí)、計數的方法測量頻率，不但切實(shí)可行，而且體積小、成本低、低功耗、精度高、可自動(dòng)量程轉換、保密性強、設計簡(jiǎn)單，大大降低了設計成本和實(shí)現復雜度。頻率計的硬件電路是用PRIT EL繪圖軟件繪制而成，軟件部分的單片機控制程序，是以KELL-51作為開(kāi)發(fā)工具用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)而成，而頻率計的實(shí)現則是選用Proteus仿真軟件來(lái)模擬和測試，最后通過(guò)綜合調試，能實(shí)現所有要求的功能，完全滿(mǎn)足本次設計的要求。

1 設計思路
傳統的測頻儀器體積很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺點(diǎn)是不以可編程，其量程轉換、數據測量、采樣控制和處理等均不能通過(guò)程序指令來(lái)進(jìn)行控制，無(wú)法作為一個(gè)微型智能子系統與某一大型自動(dòng)控制或測試系統進(jìn)行接口。針對這些缺點(diǎn)，本頻率計在設計上做了改進(jìn)，首先以信號放大整形后的方波脈沖作為控制閘門(mén)信號，然后采用計數器和鎖存器對不同頻率范圍的信號直接進(jìn)行計數來(lái)完成分頻功能，分頻后的信號由接口電路送給單片機，由單片機的計數對其進(jìn)行計數，最后將計數結果通過(guò)運算轉變?yōu)樵柕念l率數值，最后通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示電路顯示數值。其優(yōu)點(diǎn)是：本頻率計完全實(shí)現了單片頻率計、頻率采樣、與單片微機三者之間與軟件接口，使得測頻量程的選擇、頻率數據的測量、采樣以及編碼的邊境轉換和數據的轉換存儲均可通過(guò)單片微機的軟件編程自動(dòng)進(jìn)行，從而實(shí)現了測頻與采樣工作的完全智能化，使得本系統即可獨立構成一個(gè)微型智能測頻儀器的核心電路，也可作為大型自動(dòng)控制或測試系統中的一個(gè)智能子系統。
本系統采用AT89S52單片機作為控制核心，把經(jīng)處理的被測信號(單片機30腳輸出經(jīng)CD4013分頻的自測信號)給單片機(P3．4端)，再由單片機處理，通過(guò)LCD顯示模塊顯示測得的頻率值，所有的系統均由AC220V-DC5V底紋波電源模塊供電。整體設計思路可用框圖1表示，該設計包括4大模塊：1)系統控制模塊；2)低紋波電源模塊；3)分頻自測模塊(外界信號采集模塊)；4)液晶顯示模塊。

2 硬件部分設計
2．1 系統控制模塊
系統控制采用的是一種高性能低功耗的工藝制造的8位CMOS微控制器AT89S52單片機，它提供下列標準特征：4K字節的程序存儲器，128字節的RAM，32條I／O線(xiàn)，2個(gè)16位定時(shí)器／計數器，一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級的中斷結構，一個(gè)雙工的串行口，片上振蕩器和時(shí)鐘電路，單片機系統電路如圖2所示。