第１２卷第２期
２０１０年２月 黪 瘗 Ｖ０Ｊ．１２ ＮＯ．２
Ｆｅｂ．２０１Ｏ
ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２０１０．０２．００９
基于Ｃ８０５１ Ｆ０４１的高精度频率计设计
杨明涛 ，杨海明 ，侯文 ，郑宾
ｆ１．中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西 太原０３００５１；
２．广饶县信息产业局。山东 东营２５７３００）
摘 要：根据等精度测频原理，给出了采用Ｃ８０５１Ｆ０４１单片机为主控芯片的高精度数字频率
计的设计方法。该方法将待测频率信号经过整形放大后输入单片机，然后由单片机控制内部
计数器分别对待测信号和标准信号同时计数，再经运算处理得到测量结果，并由ＬＣＤ实时显
示．同时通过ＲＳ２３２串口传至上位机进行记录分析。该设计方法与传统测频系统相比，具有
测频精度高，速度快，范围宽等优点。
关键词：等精度；频率计；Ｃ８０５１Ｆ０４１；ＬＣＤ；ＲＳ２３２
Ｏ 引言
频率测量是电子测量中最基本的测量之一。
随着电子科学技术的发展，对信号频率测量的精
度要求越来越高。目前采用的测频方法有直接测
频法、直接测周法和等精度测频法。直接测频法
在高频段的精度较高，但在低频段的精度较低；
直接测周法则恰恰相反。而等精度测量法则可在
整个频率测量范围内保持恒定的测量精度，且测
量精度也较高。
Ｃ８０５１Ｆ单片机是ＳｏＣ芯片，其内核是ＣＩＰ一５１
微控制器。ＣＩＰ一５１采用流水线指令结构，指令集
与标准８０５１指令集完全兼容。且不再区分系统时
钟周期和机器周期，所有指令时序都以时钟周期
计算，大部分指令只需１～２个系统时钟即可完成。
因而其运算速度明显高于传统８０５１单片机。为
此，本文给出了基于Ｃ８０５１Ｆ单片机和一些外围电
路的等精度频率计的设计方案。
１等精度频率测量的基本原理
等精度频率测量又叫多周期同步测量．它是
将待测信号和标准信号分别输入到两个计数器，
它的实际闸门时间不是固定值，而是待测信号周
期的整数倍，故可消除对待测信号计数时产生的
收稿日期：２００９—１１－０３
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数值， 为待测信号频率值，
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厂０为参考信号频率值。
２频率计硬件电路设计
本设计将待测信号、标准信号的计数及产生
ｔｌｙＷ＇Ｗ．ｅｃｄ￣ｃｎ ２０１０．２电子元器件主用 ２３
第１２卷第２期
２０１０年２月
电子元器件盔用
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖｏｌ＿１２ Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０ｌ０
预置时间、计算频率值等功能完全用Ｃ８０５ｌＦｏ４ｌ
单片机来实现，因而简化了测量电路。整个频率
测量系统包括放大整形、ＬＣＤ液晶显示、键盘控
制和串口ＲＳ２３２通信电路等。系统选用高精度的
标准１０ＭＨｚ石英晶振作为标准信号源．以保证测
频精度。图２所示是系统的总体硬件设计框图。
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图２ 系统总体硬件设计框图
２．１ Ｃ８０５１Ｆ０４１单片机
本系统中的Ｃ８０５ｌＦ０４１单片机是一款全集成
的混合信号片上系统型ＭＣＵ，具有３２个数字Ｉ／Ｏ
引脚和高精度可编程的２４．５ ＭＨｚ内部振荡器，以
及６４ ＫＢ在片ＦＬＡＳＨ存储器。同时片内还集成了
一
个ＣＡＮ２．０Ｂ控制器、５个通用ｌ６位定时器、真
正１２位１００ ｋｓｐｓ的ＡＤＣ、两个１２位ＤＡＣ以及硬件
实现的ＳＰＩ、ＳＭＢｕｓ／ＩＺＣ和两个ＵＡＲＴ串行接口。
２．２硬件电路
系统硬件主要由放大整形电路、键盘电路、
ＬＣＤ显示电路、ＲＳ２３２串口等部分组成。放大整
形电路主要对待测信号（如正弦波、三角波、锯
齿波、方波等１进行幅值放大，施密特整形为
ＴｒＬ电平的矩形波，同时去除噪声干扰。键盘电
路采用独立键盘，可控制测频的启停和数据是否
上传等。液晶显示电路采用１６ｘ２字符的ＬＣＤ１６０２
液晶显示，可配置成８位接口方式，以对测量频
率进行同步显示。测量数据可通过ＲＳ２３２串口上 传至上位机，并在上位机软件中保存。这种方式 特别适用于长时间多次测量频率值的场合。 为预置门控制器时间，定时器Ｔ１用于串口通信， 计数器Ｃ３作为待测信号计数器，计数器Ｃ４作为基 准频率计数器。在主控程序中，可将标准信号计 数值Ⅳ０定义为ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｉｎｔ型变量，其计数范 围为０～（２３２＿１），即０～４．２９４９６７２９５ｘｌ０９。图３所示 是其主程序流程图。 图３ 测频主程序流程图 ３．２上位机ＶＢ软件 为了提高测量频率值的可分析性，本系统利 用ＶＢ６．０提供的、用于ＲＳ２３２串行通信的 ＭＳＣＯＭＭ．ＯＣＸ控件来编写上位机串口数据的采 集和测频值的保存软件。软件可实时读取单片机 测得的频率值，并在ＰＣ机显示。同时该软件还可 将测量数据与系统时间共同保存，以便于多次测 量时对数据的记录和分析计算。 ４结束语 本频率计在０～１０ ＭＨｚ的频率范围内具有相同 的测量精度。考虑到测频的精度和稳定性，标准 信号源应选用精度为１０｛的１０ ＭＨｚ标准石英晶振， 以提高测频精度，同时也可缩短测频时间。此 外．利用Ｃ８０５１Ｆ单片机的性能优势，将等精度测
频系统的主要部分用Ｃ８０５１Ｆ０４１实现，也简化了
电路结构，缩短了测频时间，提高了系统设计的
可靠性 具有较高的实用价值。
３软件设计及调试
参考文献
本系统的软件部分包括Ｃ８０５１Ｆ０４１单片机的
主控程序和上位机软件。 【１】 陈尚松，雷加，郭庆・电子测量与仪器【Ｍ】－北京：电子工
业出版社．２００５．
３．１ Ｃ８０５１Ｆ０４１主控程序 『２１ 童长飞
．
Ｃ８０５１Ｆ￣．列单片机开发与ｃ语言编程［Ｍ】．北
主控程序可用Ｃ语言编写，采用定时器Ｔ２作 京：北京航空航天大学出版社，２００５・
２４ 电手元器件主用２１１１０．２ ＭＷＷ．ｅｃｄａ．Ｃｎ