基于A(yíng)T89S52的數字頻率計設計

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。


2．2 低紋波電源模塊

本系統電源完全采用220 V交流電，經(jīng)過(guò)二極管橋式整流和電容濾波，再由9014和TOP46協(xié)同確保較大且穩定的電流。由R2、D2、Q4等確保5 V電壓，并且系統內部有過(guò)流保護，保證輸出電流不會(huì )超過(guò)最大允許值。輸出電流達到允許的最大值，它就會(huì )自動(dòng)減小輸出電流。它內部有工作區限制，使穩壓器的工作不進(jìn)入非安全區(輸出管的管壓降和輸出電流小于規定值)。最終輸出波紋小于4 MV的5 V電壓，確保了在測試頻率時(shí)不受電源的影響，電源電路如圖3所示。


2．3 分頻自測模塊

本系統為了方便檢測，利用了89S52的ALE(30腳)完成了自檢功能，完成此項功能還需要CD4060的輔助(完成14分頻)。CD4060表示14位二進(jìn)制串行計數器，引腳及功能略；CD4060由一振蕩器和14級二進(jìn)制計數器位組成，振蕩器的結構可以是RC或晶振電路。CR為高電平時(shí)，計數器清零且振蕩器使用無(wú)效，所有的計數器位均為主從觸發(fā)器CP1非(和CP0)的下降沿計數器以二進(jìn)制進(jìn)行計數，在時(shí)鐘脈沖線(xiàn)上使用施密特觸發(fā)器對時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無(wú)限制。其在系統中的電路構成在后面的整體仿真圖有闡述。根據系統框圖的介紹，一般采用從外界接收正弦波、方波、三角波并進(jìn)行測量周期的方法，如要進(jìn)行對外界接收正弦波、方波、三角波、進(jìn)行測量，必須經(jīng)過(guò)放大(衰減器、放大器)、整形(施密特觸發(fā)器、跟隨器)兩個(gè)過(guò)程才能轉換成標準測量方波，送到閘門(mén)以便計數。而需完成放大整形過(guò)程是由于輸入的信號幅度是不確定的，可能很大也可能很小，這樣對于輸入信號的測量就不方便了，過(guò)大可能會(huì )把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測不到，所以在設計中應考慮對輸入波形進(jìn)行放大限幅、整形和阻抗變換(運算放大器構成的射極跟隨器其阻抗變換作用，使輸入阻抗提高)。