基于單片機控制的數(shù)字頻率計設(shè)計

摘要：提出一種基于單片機AT89S52控制的數(shù)字頻率計的設(shè)計新方法。該方法將待測頻率信號經(jīng)過整形放大后輸入單片機，然后由單片機控制內(nèi)部計數(shù)器分別對待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號同時計數(shù)，再經(jīng)運算處理得到測量結(jié)果，可自動量程轉(zhuǎn)換，并由1602ALED顯示器實時顯示。該設(shè)計與傳統(tǒng)測頻系統(tǒng)相比，具有體積小、成本低、低功耗、精度高等優(yōu)點，適用于各種測量電路。
關(guān)鍵詞：單片機AT89S52；數(shù)字頻率計；1602ALED顯示器；匯編語言

在電子領(lǐng)域內(nèi)，頻率是一種最基本的參數(shù)，并與其他許多電參量的測量方案和測量結(jié)果都有著十分密切的測量精度。因此，頻率的測量就顯示得尤為重要，測頻方法的研究越來越受到重視。頻率計作為測量儀器的一種，常稱為電子計數(shù)器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期，頻率計的應(yīng)用范圍很廣，它不僅應(yīng)用于一般的簡單儀器測量，而且還廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研、高精度儀器測量、工業(yè)控制等其他領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)和計算機的迅速發(fā)展，特別是單片機的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的電子測量儀器在原理、功能、耗電、可靠性等方面都發(fā)生了重大的變化。目前，市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數(shù)字頻率計，但價格不菲。為適應(yīng)實際工作的需要，本文考慮以單片機(AT89 S52)為控制平臺和一個1602ALED顯示器作為顯示部件設(shè)計的一種頻率計，整個設(shè)計采用定時、計數(shù)的方法測量頻率，不但切實可行，而且體積小、成本低、低功耗、精度高、可自動量程轉(zhuǎn)換、保密性強、設(shè)計簡單，大大降低了設(shè)計成本和實現(xiàn)復(fù)雜度。頻率計的硬件電路是用PRIT EL繪圖軟件繪制而成，軟件部分的單片機控制程序，是以KELL-51作為開發(fā)工具用匯編語言編寫而成，而頻率計的實現(xiàn)則是選用Proteus仿真軟件來模擬和測試，最后通過綜合調(diào)試，能實現(xiàn)所有要求的功能，完全滿足本次設(shè)計的要求。

1 設(shè)計思路
傳統(tǒng)的測頻儀器體積很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺點是不以可編程，其量程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)測量、采樣控制和處理等均不能通過程序指令來進(jìn)行控制，無法作為一個微型智能子系統(tǒng)與某一大型自動控制或測試系統(tǒng)進(jìn)行接口。針對這些缺點，本頻率計在設(shè)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信號，然后采用計數(shù)器和鎖存器對不同頻率范圍的信號直接進(jìn)行計數(shù)來完成分頻功能，分頻后的信號由接口電路送給單片機，由單片機的計數(shù)對其進(jìn)行計數(shù)，最后將計數(shù)結(jié)果通過運算轉(zhuǎn)變?yōu)樵柕念l率數(shù)值，最后通過動態(tài)顯示電路顯示數(shù)值。其優(yōu)點是：本頻率計完全實現(xiàn)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(shù)據(jù)的測量、采樣以及編碼的邊境轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲均可通過單片微機的軟件編程自動進(jìn)行，從而實現(xiàn)了測頻與采樣工作的完全智能化，使得本系統(tǒng)即可獨立構(gòu)成一個微型智能測頻儀器的核心電路，也可作為大型自動控制或測試系統(tǒng)中的一個智能子系統(tǒng)。
本系統(tǒng)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LCD顯示模塊顯示測得的頻率值，所有的系統(tǒng)均由AC220V-DC5V底紋波電源模塊供電。整體設(shè)計思路可用框圖1表示，該設(shè)計包括4大模塊：1)系統(tǒng)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(shè)計
2．1 系統(tǒng)控制模塊
系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的RAM，32條I／O線，2個16位定時器／計數(shù)器，一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口，片上振蕩器和時鐘電路，單片機系統(tǒng)電路如圖2所示。