数显频率计设计任务书⑴硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。

⑵软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试；⑶功能要求：用89C51单片机的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6 位LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来。

目录摘要............................................................................................................ .. (4)1. 绪论............................................................................................................ . (4)2. 设计要求及方案选 (6)1.1 设计要求 (6)1.2 方案选择 (6)3．系统电路设计 (7)3.1 基于单片机的数字频率计的原理 (7)3.2 单片机的概述及引脚说明 (8)3.3 单片机的最小系统 (9)3.4 单片机的定时\计数 (9)3.5 定时器\计数器的四种工作方式 (10)3.6 主要程序段及软件流程图设计 (12)3.6.1 流程图 (12)3.6.2 源程序 (14)结论............................................................................................................ (16)致谢......................................................................................................... .. (17)参考文献................................................................................................................. . (18)附录........................................................................................................... .. (19)摘要频率是电子技术领域中最基本的参数之一，在许多测量方案以及测量结果中都会涉及到频率测量的相关问题，频率精确测量的重要性显而易见。

本系统以AT89C51单片机作为系统的主要控制单元，通过AT89C51单片机对系统各个部件的控制来实现整个电路的信号频率采集、测量、转换数据、以及显示最终结果的功能。

本数字频率计的硬件部分是采用PROTUSE绘制的，在做系统仿真的时候也用到了MULTISIM，软件部分的单片机控制程序的编写使用的是C语言本。

本系统的最大优点就是它结构简单易懂，制作起来也并不算麻烦，其缺点就是容易受自身电路元件以及周围环境的影响，从而导致测量结果与实际值的偏差。

关键词 AT89C51单片机数字频率计1.绪论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。

其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。

电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。

早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。

目前这些基本技术日臻完善，成熟。

应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。

随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。

对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。

而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。

这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。

由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。

在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。

为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。

微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。

虽然所有的微波计数器都是用来完成计数任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的计数器性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的屏幕显示,对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确地选择，以达到最经济和最佳的应用效果。

在本设计中，介绍了频率测量的原理以及一种简易频率计的制作方法。

它的主要原理是将待测的信号用一个过零比较器进行整形，由于待测信号未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波。

过零比较器的作用就是将这些未知的信号整形成方波，方波信号单片机是可以测量的，但是如果整形出来的方波信号频率很大，此时单片机就无法测量了，因此还需要将频率过于高的整形出来的方波信号分频，直到它能被单片机测量为止。

能够实现简单的分频功能还是不够的，还需要知道具体是几分频，这一步就要用到选择器了，它的主要功能就是选择单片机所要的分好频的信号，这一步是可以通过单片机控制选择部分来实现的，最后可由单片机将处理好的数据以符合显示部分的要求发往显示部分显示。

毫无疑问，无论是在科技研究中还是在实际应用中，频率测量的作用都显得尤为重要。

然而传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。

随着科技的进步，为了较好的解决这一问题人们开始运用单片机测量频率，它是一种基于时间或频率的模数转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种显示被测信号频率的数字测量仪器。

与传统的测量方式相比，运用了单片机频率计有着体积更小，运算速度更快，测量范围更宽的优点，更重要的是它能大大的降低制作成本。

由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测量频率之后，有许多以前需要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程就能实现，而且不同的软件编程能够实现不同的功能，这一巨大优势无疑使得制作成本大大降低。

由于当今科技的日新月异，人们对电子产品的要求随之增高，经济、高效、精准成为人们的目标，就频率计来说，如果现如今还是像传统的方式来设计并制造，那显然不能满足人们的要求。

那么基于单片机的数字频率计必将取代传统的频率计。

而它的优势也显而易见，小巧轻便、集成度高、操作简单、易于维护和修改。

这些优点无不满足着人们追求经济、高效、精准的目标。

试想一下，改变程序中的几行命令显然要比改变电路板上的几条连线要快的多，方便的多。

也正是由于基于单片机的数字频率计与传统的频率计有着那么明显的优势，因此，我将数字频率计的设计与实现作为我的研究课题。

通过设计频率计系统，实现信号频率的检测功能。

在检测系统的设计中，要熟悉以单片机为核心的控制单元，以检测电路为依托的功能单元，以人机界面为媒介的交互单元。

了解频率检测的算法及软硬件的实现方式。

灵活应用电子相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。

在此过程中，加深对信号检测和信号处理的理解和认识。

这对我以后的工作和学习都是有很大帮助的。

2. 设计要求及方案选择2.1 设计要求a. 完成单片机最小系统设计；b. 精确完成频率检测的设计和实现（精度要求：检测1V-5V频率在1Hz-1MHz周期信号的周期，误差不超过1%）；c. 完成软件对硬件检测和调试工作；2.2 方案选择所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。

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。

其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。

时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。

闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。

秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。

由于计数器计得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

信号整形部分主要是将待测信号整形成为能够让计数器识别并计数的脉冲信号。

使用了一个主要由LM311构成的过零比较器，LM311的转换速度为200ns，即转换频率为f=1/T=1/(200ns)=5MHz，带宽增益为4MHz，符合本设计的要求。

分频处理部分的作用就是利用分频来克服单片机自身计数范围有限的缺点，间接的扩大了它的测频范围，采用的芯片为CD4518。

数据选择部分是和分频处理部分相依存的，芯片为74LS245。

分频部分的工作依据信号而定，有可能不分频，即原信号测量，有可能10分频，也有可能100分频。

那么当单片机处理数据时是一定要根据数据选择器来处理的，比如用了10分频就要在算得信号频率上乘以10，用了100分频就要在算得信号频率上乘以100。

单片机部分主要是完成计数并处理最后数据的功能，以及控制各部分的相关工作。

单片机的选用为AT89C51单片机。

整体电路图如图2所示：图2 整体电路图3.系统电路设计3.1基于单片机的数字频率计的原理单片机内部有两个定时/计数器T0和T1。

在测量过程中我们利用这两个定时/计数器，其中T0用作定时，T1来计数外来脉冲数。

单片机外接12MHZ的晶振，定时/计数器的最大定时时间是65.356ms，我们可以采用软件计数器来进行定时设计。

先用定时/计数器T0制作一个50ms的定时器，定时时间到后将软件计数器中值加一当软件计数器到20，就可以实现定时1s。

当定时结束时，定时/计数器T1计数的数送入显示电路，从显示电路中读出的总脉冲个数即是待测信号的频率值。

该频率计硬件较为简单，但需要注意的是单片机所测量的电平信号必须是直流TTL信号，所以在测量前必须把非TTL信号转化为TTL信号。

3.2 单片机的概述及引脚说明本设计选择的单片机是AT89C51，它是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。