基于單片機控制的數字頻率計設計

摘要：提出一種基于單片機AT89S52控制的數字頻率計的設計新方法。該方法將待測頻率信號經過整形放大后輸入單片機，然后由單片機控制內部計數器分別對待測信號和標準信號同時計數，再經運算處理得到測量結果，可自動量程轉換，并由1602ALED顯示器實時顯示。該設計與傳統測頻系統相比，具有體積小、成本低、低功耗、精度高等優點，適用于各種測量電路。
關鍵詞：單片機AT89S52；數字頻率計；1602ALED顯示器；匯編語言

在電子領域內，頻率是一種最基本的參數，并與其他許多電參量的測量方案和測量結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，常稱為電子計數器，它的基本功能是測量信號的頻率和周期，頻率計的應用范圍很廣，它不僅應用于一般的簡單儀器測量，而且還廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業控制等其他領域。隨著微電子技術和計算機的迅速發展，特別是單片機的出現和發展，使傳統的電子測量儀器在原理、功能、耗電、可靠性等方面都發生了重大的變化。目前，市場上有各種多功能、高精度、高頻率的數字頻率計，但價格不菲。為適應實際工作的需要，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計的一種頻率計，整個設計采用定時、計數的方法測量頻率，不但切實可行，而且體積小、成本低、低功耗、精度高、可自動量程轉換、保密性強、設計簡單，大大降低了設計成本和實現復雜度。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作為開發工具用匯編語言編寫而成，而頻率計的實現則是選用Proteus仿真軟件來模擬和測試，最后通過綜合調試，能實現所有要求的功能，完全滿足本次設計的要求。

1 設計思路
傳統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，其量程轉換、數據測量、采樣控制和處理等均不能通過程序指令來進行控制，無法作為一個微型智能子系統與某一大型自動控制或測試系統進行接口。針對這些缺點，本頻率計在設計上做了改進，首先以信號放大整形后的方波脈沖作為控制閘門信號，然后采用計數器和鎖存器對不同頻率范圍的信號直接進行計數來完成分頻功能，分頻后的信號由接口電路送給單片機，由單片機的計數對其進行計數，最后將計數結果通過運算轉變為原號的頻率數值，最后通過動態顯示電路顯示數值。其優點是：本頻率計完全實現了單片頻率計、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、頻率數據的測量、采樣以及編碼的邊境轉換和數據的轉換存儲均可通過單片微機的軟件編程自動進行，從而實現了測頻與采樣工作的完全智能化，使得本系統即可獨立構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中的一個智能子系統。
本系統采用AT89S52單片機作為控制核心，把經處理的被測信號(單片機30腳輸出經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，所有的系統均由AC220V-DC5V底紋波電源模塊供電。整體設計思路可用框圖1表示，該設計包括4大模塊：1)系統控制模塊；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 硬件部分設計
2．1 系統控制模塊
系統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，它提供下列標準特征：4K字節的程序存儲器，128字節的RAM，32條I／O線，2個16位定時器／計數器，一個5中斷源兩個優先級的中斷結構，一個雙工的串行口，片上振蕩器和時鐘電路，單片機系統電路如圖2所示。