数字频率计4位设计教程Word格式.docx

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显然方案二要比方案一简洁、新颖，但从系统设计的指标要求上看，要实现频率的测量范围1Hz～10MHz。

要达到误差1％的目的，必须显示3位的有效数字，而使用直接测频的方法，要达到这个测量精度，需要主门连续开启1000s，由此可见，直接测频方法对低频测量是不现实的，而采用带有运算器的单片机则可以很容易地解决这个问题，实现课题要求。

故选用方案三，也就是采用先测信号的周期，然后再通过单片机求周期的倒数的方法，频率测量模块采用快速的高精度浮点数字运算，从而得到所需要的低频信号的测量精度。

四、系统设计

（一）硬件设计

1、设计思路

在信号输入单片机之前经过放大器放大，再经过一个施密特触发器将放大后的信号转换成为方波信号将信号先放大以便单片机可以检测到输入的外部信号，放大整形后的信号通过74hc08当74hc08的gate引脚为高电平时信号选通。

之后通过两个级联的74hc39316进制计数器，当第一个计数器M1的Q3端为1时向第二个计数器M2输出一个脉冲，当第二个计数器M2的Q3端为1时向单片机T0单口输入一个脉冲所以单片机计算的脉冲数应该为：

T0引脚接收的脉冲次数*256+单片机P1的逻辑电平状态转换成的二进制数，又因为定时器time1的定时时间为0.25ms当定时次数达到4000次时为1s。

本设计采用时间为1s的方案，所以有f=1/t知f=t，频率就等于单片机所记录的脉冲次数。

2、系统组成

频率计由单片机AT89C51、信号预处理电路、测量数据显示电路和系统软件所组成，其中信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形。

系统功能框图如图2所示，信号预处理电路中的放大器实现对待测信号的放大，降低对待测信号的幅度要；

波形变换和波形整形电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成可被单片机接受的TTL／CMOS兼容信号。

本频率计的设计以AT89C51单片机为核心实现一个宽频域，高精度的频率计。

一种有效的方法是：

在高频段直接采用频率法，低频段采用测周期法。

一般的数字频率计本身无计算能力因而难以使用测周期，而用89c51单片机构成的频率计却很容易做到这一点。

3、系统功能框图:

4、硬件电路图

单片机时钟脉冲电路：

复位电路：

放大整形电路：

显示电路：

外围计数控制电路：

硬件电路总体图：

（二）软件设计

1.程序流程图

2.程序代码：

#include<

REGX52.H>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharTab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,

0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

ucharselect[]={0x01,0x02,0x04,0x08};

sbitp07=P0^7;

unsignedlongfre=0;

sbitclr=P3^0;

sbitgate=P3^1;

sbitturn=P3^7;

uintnum=0;

unsignedlonga=0;

unsignedcharb1,b2,b3,b4,b5,b6,b7;

uintj=0,counter=0;

unsignedlongintHight_byte=0,Low_byte=0;

unsignedchardispcount=0;

//1s延时------------------------------

voiddelay_1s（void）

{

ucharh,i,j,k;

for（h=5;

h--）

for（i=4;

i--）

for（j=116;

j--）

for（k=214;

k--）;

}

//定时计数初始化----------------------------------

voidCT_init（）

TMOD=0x25;

//T0计数，T1定时

TH0=0x00;

TL0=0x00;

TH1=0x06;

TL1=0x06;

clr=1;

clr=0;

gate=0;

gate=1;

ET0=1;

ET1=1;

EA=1;

TR0=1;

TR1=1;

//主函数--------------------------------------

voidmain（）

while

（1）

if（turn==0）

delay_1s（）;

CT_init（）;

while

（1）

a=Hight_byte*256+Low_byte;

if（a<

=9999）

{

b1=a%10;

//计算b1位//

a=a/10;

b2=a%10;

//计算b2位//

b3=a%10;

//计算b3位//

b4=a%10;

//计算b4位//

//b5=a%10;

//计算b5位//

//a=a/10;

//b6=a%10;

//计算b6位//

/*由于设计要求只能显示四位，所以显示的数据带有小数点不表示小数，小数点后面的位数的个数表示补零的个数。

例如1231.表示1231Hz，1.231表示1231000Hz。

switch（dispcount）//4位动态扫描显示//

{

case0:

P2=0x00;

P0=Tab[b1];

P2=0x08;

p07=0;

break;

case1:

P0=Tab[b2];

P2=0x04;

case2:

P0=Tab[b3];

P2=0x02;

case3:

P0=Tab[b4];

P2=0x01;

}

dispcount++;

if（dispcount==4）

dispcount=0;

elseif（a>

9999&

=99999）

b5=a%10;

b6=a%10;

switch（dispcount）//4位动态扫描显示//

P0=Tab[b5];

dispcount++;

}

99999&

=999999）

P0=Tab[b6];

else

b1=a%10;

b7=a%10;

P0=Tab[b7];

else{;

}

/*--------------------------------------------------------------*/

//定时器T1中断服务程序

voidT1_timer（）interrupt3using3

{

if（num==4000）

TR0=0;

TR1=0;

Hight_byte=TH0*256+TL0;

Low_byte=P1;

clr=1;

num=0;

TR0=1;

TR1=1;

}

elsenum++;

五．系统测试与误差分析

1.测试环境

时间：

2011年5月6日星期五

温度：

26℃

2.测试仪器

带有protues的PC机

3.测试数据及误差

信号频率Hz

实际测量值Hz

误差Hz

1000

2000

5000

50002

20000

60002

100000

500000

500001

1000000

5000000

10000000

15000000

4、误差分析与误差减小

误差分析

（1）由于闸门时间过小在测量低频信号时不能够准确测量。

（2）由于仿真软件在进行高频仿真时CPU过载导致仿真误差。

（3）在放大整形过程中出现失真。

误差减小

（1）当被测信号频率一定时,增大门控时间,以减小误差的影响.

（2）测量低频率信号时:

将被测信号进行倍频后再送至主门,以提高计数脉冲频率,从而减小误差的。

六、参考文献：

《例说51单片机》人民邮电出版社张义和等

《单片机原理与应用实例仿真原理》李泉溪等

附：