1、 毕业设计（论文）题 目: 基于单片机的电子频率计的设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 09223 学 号: 姓 名: 指导老师: 成都工业学院二一二年五月论文摘要本文介绍了一种基于单片机的电子频率计的设计方法。此电子频率计以AT89C51 单片机为控制核心，可将外部的频率脉冲信号通过单片机计数端输入，由定时器/计数器 T0 负责定时，定时器/计数器 T1 负责对被测信号计数，一旦 T0定时时间到，立刻终止 T1 的计数，此时 T1 的计数值便是单位时间内的脉冲个数，我们将 T0 的定时时间设为 1s，当 T0 定时满 1s 后，立即停止 T1 计数，此时 T1 的计数值即为被测信号的频率
2、。该频率计的测量范围为 1Hz65534Hz，被测脉冲信号的频率可以随时进行调整，通过 LCD 液晶显示模块对被测信号的频率进行实时显示。该系统包括被测频率脉冲信号、单片机晶振电路、以 AT89C51单片机为核心的频率测量模块、LCD 液晶显示模块。关键词：频率计；AT89C51；脉冲信号；LCD 显示模块IAbstractThis article tells the story of a kind of based on SCM electronic frequency meter design method.The electronic frequency plan to AT89C51
3、as control core, But will the frequency of the external pulse signal through the single-chip microcomputer count the input ,The timer/counter T0 prearcing responsible for timing,The timer/counter T1 is responsible to the measured signal count,Once the prearcing time to time ，Immediately terminate th
4、e T1 count ，At this time the count value T1 unit of time is the number of the pulse ,We will regularly to set a time of the prearcing 1 s , When prearcing time full 1 s , Stop immediately T1 count ,At this time the count value which is T1 tested the frequency of the signal. The frequency of measurem
5、ent of the indicator a range of 1 Hz 65534 Hz, tested pulse the frequency of the signal can be adjusted at any time, through the LCD display modules to be measured the frequency of the signal for real-time display. The system includes tested frequency pulse signal and single-chip microcomputer cryst
6、als circuit, AT89C51 frequency measurement modules, LCD module. Key Words:The frequency meter；AT89C51； pulse signal；LCD display module II目录论文摘要 .IAbstract.II第 1 章 引言 .11.1 频率计的概述 .11.2 频率计的基本原理 .21.3 频率计的应用范围 .21.4 本频率计设计任务的主要内容 .3第 2 章 系统的总体方案设计 .42.1 测频的原理 .42.2 总体思路 .42.3 具体模块 .5第 3 章 硬件电路设计 .63.
7、1 AT89C51 主控制器模块 .63.2 晶振电路 .103.3 频率脉冲信号 .113.4 LCD 液晶显示模块 .11第 4 章 系统的软件设计 .154.1 频率测量模块 .154.2 液晶显示模块 .18第 5 章 频率计的系统调试与仿真 .215.1 KEIL 中对程序的调试 .215.2 Protues 中对系统的仿真 .21总结 .25参考文献 .26附录 1 硬件电路 .27附录 2 系统程序 .280 第 1 章 引言频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的
8、工作，测频原理和测量方法的研究正受到越来越多的关注。1.1 频率计的概述图 1-1 多用频率计频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。频率计也是计算机、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字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，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。单片机对频率量有两种测量方法：测量频率法和测量
9、周期法。测量频率法是在单位定时时间内，对被测信号脉冲进行计数；测量周期法是在被测信号周期时间内，对某一基准脉冲进行计数。本次设计采用测量频率法对被测脉冲信号进行频率测量，并且通过 LCD 液晶显示模块进行实时显示。11.2 频率计的基本原理频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段 T 内的周期个数为N 时，则被测信号的频率 f=N/T（如图 1-2 所示） 。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从
10、而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。图 1-2 频率测量基本原理1.3 频率计的应用范围在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振
11、产品，确保产品质量。 在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 21.4 本频率计设计任务的主要内容利用频率脉冲信号、单片机、单片机晶振电路、LCD 液晶显示等模块设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下：1.测量范围 1Hz65534Hz ；2.被测脉冲信号的频率可随时调节3.用 LCD 液晶显示模块实时显示测量值4.用单片机实现自动测量功能3第 2 章 系统的总体方案设计2.1 测频的原理所谓“频率”就是周期性信号
12、在单位时间（1s）内变化的次数，测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数” 。我们将被测的频率脉冲信号直接送到单片机的计数输入端，由定时器/计数器 T0 负责定时，定时器/计数器 T1 负责对被测信号计数，一旦 T0 定时时间到，立刻终止 T1 的计数，此时 T1 的计数值便是单位时间内的脉冲个数。若在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数 N，则其频率可表示为 f=N/T。我们将 T0 的定时时间设为 1s，当 T0 定时满 1s 后，立即停止 T1 计数，此时 T1 的计数值即为被测信号的频率。定时待测信号丢失 T 丢失图 2-1 频率测量原理图在计数时会
13、出现图 2-1 所示的丢失脉冲的情况。第一个丢失的脉冲是由于开始检测时脉冲宽度已小于机器周期 T；第二个丢失的脉冲的负跳变在定时之外。定时时间内出现脉冲丢失，将引起测量精度降低。脉冲频率越低，这种误差越大。显然对于较低频率的脉冲测量不适合采用测量频率法。而我们本次设计就是采用这种测量频率法对被测脉冲信号进行频率测量，为解决图一中脉冲的丢失这个问题，我们在程序设计中实现了计数开始与脉冲上升沿的同步控制。2.2 总体思路频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对脉冲信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片
14、机的电子频率计的设计方法,此电子频率以 AT89C51 单片机为控制核心，可将外部的频率脉冲信号通过单片机计数端输入，由定时器/计数器 T0 负责定时，定时器/计数器 T1 负责对被测信号计数，一旦 T0 定时时间到，立刻终止 T1 的计数，此时 T1 的计数值便是单位时间内的4脉冲个数，我们将 T0 的定时时间设为 1s，当 T0 定时满 1s 后，立即停止 T1 计数，此时 T1 的计数值即为被测信号的频率。该频率计的测量范围为1Hz65534Hz，被测脉冲信号的频率可以随时进行调整，通过 LCD 液晶显示模块对被测信号的频率进行实时显示。2.3 具体模块根据上述系统分析，该系统包括被测频
15、率脉冲信号、单片机晶振电路、以AT89C51 单片机为核心的频率测量模块、LCD 液晶显示模块。各模块作用如下：1.脉冲信号：就是被测信号，可以随时调整其频率，以便于单片机测量。2.单片机晶振电路：由于单片机的内部时钟方式是用芯片内部振荡电路，精 度不高，温飘也较大，外部时钟，分 RC 振荡和石英晶振，RC 精度不高，成本低，石英晶振，精度高，稳定性好，故我们采用单片机的晶振电路提 供时钟信号。3.AT89C51 频率测量模块：主要负责对脉冲信号的计数，并且驱动 LCD 显示 模块实时显示测量值。4.LCD 液晶显示模块：对单片机测量的频率进行实时显示。综上所述频率计的系统设计由被测频率脉冲信
16、号、单片机晶振电路、以AT89C51 单片机为核心的频率测量模块、LCD 液晶显示模块等组成，频率计的总体设计框图如图 2-2 所示。图 2-2 频率计总体设计框图单片机晶振电路被测频率脉冲信号AT89C51单片机 LCD 液晶显示模块5第 3 章 硬件电路设计3.1 AT89C51 主控制器模块电子频率计以 AT89C51 单片机为控制核心，可将外部的频率脉冲信号通过单片机计数端输入，由定时器/计数器 T0 负责定时，定时器/ 计数器 T1（P3.5）负责对被测信号计数，一旦 T0 定时时间到，立刻终止 T1 的计数，此时 T1 的计数值便是单位时间内的脉冲个数，我们将 T0 的定时时间设为 1s，当 T0 定时满 1s后，立即停止 T1 计数，此时 T1 的计数值即为被测信号的频率。图 3-1 AT89C51 主控模块
