摘要本方案主要以单片机为核心，主要分为时基电路，逻辑控制电路，放大整形电路，闸门电路，计数电路，锁存电路，译码显示电路七大部分，设计以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波整形为方波。
利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。
编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。
本设计以89C51单片机为核心，应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。
系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。
既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。
本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。
关键词：单片机，运算，频率计，LED数码管AbstractThe program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays.The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application.Key words：microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube1绪论1.1课题背景频率是电子技术中的基本参数，它和许多电参量的测量方案、测量结果关系密切，频率的测量十分重要。
频率计是用一个高稳定度的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。
一般情况下闸门时间（计算每秒内待测信号的脉冲个数所需时间）为1秒，闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
数字频率计是一种用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
1.2 课题研究的目的和意义基于单片机的数字频率计价格低廉，可靠性高，体积小，使用便捷，功能多样，大范围地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，节省很多复杂的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。
有的还能自动调整测试点，操作方便，提高测试精度。
1.3数字频率计设计的任务与要求基于单片机控制的数字频率计1.测频范围：10Hz~10KHz。
为保证测量精度分三个频段10Hz~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz，有超量程指示。
2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。
3.测量误差：≤1。
2 数字频率计总体方案设计2.1总体方案介绍本方案利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。
其原理框图如图 2.1所示：信号放大电路信号整形电路单片机AT89C51电路数字显示电路图2.1 方案原理框图具体过程为：将被测信号送入信号放大电路进行放大，放大后接着被送到信号整形电路进行整形，将被测的正弦波或者三角波整形为方波。
利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。
编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路进行显示。
3 数字频率计的硬件系统设计3.1 数字频率计的硬件系统框架数字频率计是一种用数字将被测频率显示出来的计数装置，其硬件部分主要7407缓冲器、单片机89C51芯片、LED数码管显示器三大硬件。
89C51功能强大，相比以往单片机功能更全，7407驱动LED数码管显示器，简化了LED数码管复杂的连线。
此系统的主要工作过程是：将被测信号经过预处理电路进行放大、整形、分频后，输入至89C51的P3.4口，由单片机控制控制LED显示器，最终以数字进行显示。
图3-1为数字频率计方案框图。
信号处理输入AT89C51单片机7407缓冲器LED数码显示图3-1 数字频率计方框图3.2 时钟和复位电路设计单片机常用的时钟电路有两种方式，一是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。
此设计采用内部时钟方式，晶振为振荡频率6MHz的石英晶体，选用6MHz 频率的晶体，允许输入的脉冲频率为250kHz。
这是因为确认一次负跳变要花2分机器周期，即24个振荡周期，所以外部输入的计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24。
电容的大小范围为20pF～40pF，本设计选用30pF电容。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此设计采用最简单的上电自动复位电路：通过外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个短的高电平信号。
图3-2为时钟电路和复位电路设计。
图3-2 89C51晶振接法和上电复位电路图3.3信号输入电路设计信号输入电路包括两部分：一是零偏置的放大器，二是一个带施密特触发器的反相器7414。
此电路设计目的是将被测信号进行波形的变换，具体过程是：零偏置放大器工作时，输入信号为零或者是负电压时，三极管截止，输出为高电平；输入信号为正电压时，三极管导通，输入的电压会随着电压的上升而下降着。
零偏置放大器功能是将正弦波一样的正负交替波形转换成为了一个单向的脉冲，因此频率计不仅能够测量方波的信号，而且还能够测量正弦波信号的一个频率。
7414的基本作用是反相器，7414将放大器产生的单向脉冲变换成与TTL/CMOS 电平相兼容的方波。
图3-3为信号输入电路设计。
图3-3 89C51信号输入电路图3.4计数电路的设计计数电路的设计有两个二/五分频十进制计数器74LS290构成。
两块74LS290进行级联：一个对经7414形成的方波进行2分频，接着一个再进行10分频。
这样级联后是对信号进行20分频。
74LS290引脚图如图3-4所示。
图3-4 74LS290引脚图74LS290是二/五分频十进制计数器，其功能如下：（1）异步清零端 MR1,MR2 为高电平时，只要置9端 MS1,MS2有一个为低电平，就可以完成清零功能。
（2）当 MS1,MS2 均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9的功能。
（3）当 MR1,MR2 中有一个以及 MS1,MS2 中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作：1) 十进制计数。
应将/CP1 与 Q0 连接，计数脉冲由/CP0 输入。
2) 二、五混合进制计数。
应将/CP0 与 Q1 连接，计数脉冲由/CP1 输入。
3) 二分频、五分频计数。
Q0 为二分频输出，Q1~Q3 为五分频输出。
两块74LS290进行级联对信号进行20分频的具体过程为：经7414形成的方波信号由第一个74LS290的CP0输入从Q0输出，这样信号就经过了2分频，再把从第一个74LS290的Q0输出的信号输入至第二个74LS290的CP0并且第二块74LS290的CP1与Q0相连，这时从第二块74LS290的Q3输出的信号就完成了20分频。
两个74LS290级联组成2×10=20进制异步加法计数器如图3-5所示。
图3-5 二十进制异步加法计数器3.5显示电路的设计显示电路的设计是由单片机89C51控制LED数码管进行数字显示，LED数码显示器进行正常工作发光需要几个至几十个毫安的电流来驱动，所以在每个LED 数码显示器前链接一个7407缓冲器来驱动。
具体电路如图3-6图3-6 显示电路图3.6电源模块的设计使用变压器提供到AC桥堆的输入脚为9V交流电压，通过AC整流输出为9V 直流电，经过电解电容滤波、7805稳压，提供给89C51单片机为5V电压。
5V 电源电路如图3-7所示。
图3-7 5V电源电路图3.7系统原理图数字频率计的系统原理图图3-8 系统原理图4 数字频率计软件系统设计4.1 软件设计规划4.1.1信号处理频率计工作之前或是完成频率测量之后，系统软件必须进行测量初始化过程，它包括设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式。
定时/计数器的工作首先被设置为计数器的计数寄存器清0后，置计数运行控制位TR为1，启动对待测信号的计数。
计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值开始，也就是从测量频率的高量程开始。