简易数字频率计

付贵丽（湖北省汉江崔家营航电枢纽管理处，湖北　武汉　430035）

简易数字频率计

付贵丽
（湖北省汉江崔家营航电枢纽管理处，湖北武汉430035）

摘要：本设计以单片机AT89C51为核心设计了一种简易数字频率计。它主要由输入整形电路、单片机AT89C51和显示电路等组成。被测信号（以正弦波为例）通过放大、整形电路转换成同频率的方波脉冲信号作为外部事件，采用单片机内部的定时/计数器T0进行计数。其输出信号输送至89C51单片机T0计数器对其进行计数，T1定时器进行定时。然后通过软件编程转换为频率，并通过七段数码显示管显示被测信号的频率。经测试表明，本设计基本上达到了一定频率范围测试的要求。

关键词：AT89C51；数字频率计；CD4020分频器；定时/计数器

频率计数器是测量信号频率的装置，也可以用来测量方波脉冲的脉宽。

数字频率计即DFM-DigitalFrequency Meter，也称为数字频率表或电子计数器。它不仅是电子丈量和频率仪器仪表专业范畴中丈量频率与周期，丈量频率比和进行计数、测验的主要仪器，而且要比示波器测频更便利、经济的多，特别是现代电子计数器商品与组件和具有多种功用的数字式频率计，已广泛应用于计算机体系，通讯广播设备，出产过程自动化测控设备带LED、LCD数字显现的多种仪器仪表以及许多的科学范畴。可以说，伴随着数字化技能的开展，电子计算机、通讯设备、音频和视频技能进入科研、出产、军事技能和经济生活范畴，直至家庭和自己，使得电子计数器和测频手段与上述电子设备衔接为寸步不离的技能。

1　系统概述

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

2　设计要求及方案选择

2.1设计任务和要求

设计一个简易数字频率计。主要性能指标：①波形幅度：Vm=5V；②频率范围：0Hz～500kHz；③显示位数：4位；④被测信号：正弦波、方波。

2.2方案论证

方案一：系统采用频率/电压转换方式进行测量，将被测信号经F/V转换后，再经A/D模数转换后进行数据处理。

方案二：体系选用可编程逻辑器件（PLD或ATV2500）作为信号处理及体系操控核心，完结包含计数、门控、显示等一系列作业。

方案三：体系选用MCS-51系列单片机8032作为操控中心，门控信号内8032内部的计数器发生单位为1µs，因为单片机的计数上限较低，所以需要对高频信号进行硬件体系分频处理，8032则完结运算、操控及显示功用。

方案四：系统以单片机AT89C51为核心，由信号预处理电路、AT89C51单片机及显示电路组成。被测信号通过放大整形转换为方波脉冲信号送至89C51单片机T0计数器进行计数，T1定时器定时，然后通过软件编程转换为频率通过七段数码显示管显示被测信号的频率。

2.3方案比较

从以上方案设计论证，方案一硬件电路复杂、灵敏度高、测量范围小、系统量化误差大、性价比低，所以方案不理想；方案二利用了PLD的可编程和大规模的特点，使电路大为简化。此路用PLD不能充分发挥其特点及优势，并且测量精度不够高，导致系统性能价格比降低，系统功能扩展受到限制，因此也没有选用此方案；方案三的系统虽然具有极为灵活的可编程性，但是在实现高频信号的测量时电路硬件比较复杂，并且需要软件编程。因此，该方案实现起来较困难，本设计没有采用；方案四基于单片机技术开发出的数字式频率计数器具有简单、方便、响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时、准确地测量低频信号的频率。

经过以上比较，方案四能精确的满足我们设计的要求，为此本设计采取此方案。

2.4总体方案确定

输入信号经放大、整形转换为方波脉冲信号送至AT89C51单片机的定时/计数器T0。T0计数器对其进行计数，同时内部定时/计数器T1进行定时。通过软件编程将T1设置为定时50ms（20次共1s）。当定时时间到时，T0停止计数，调用计算程序计算后，再调用显示子程序送至七段数码显示管显示被测信号的频率。

3　硬件设计

3.1体系构成

所规划的频率计的丈量规模为0～500kHz。频率计由信号预处理电路、AT89C51芯片、数码显现电路和体系软件构成。其间信号预处理电路包括信号扩大、波形改换、波形整形和分频电路。信号预处理电路中的扩大器完成对待测信号的扩大，降低对待测信号起伏的需求；波形改换和波形整形电路将扩大的信号转变成可与单片机接口兼容的TTL信号，分频电路的运用不只使单片机测频更易于完成，并且也降低了体系的测频误差；单片机经过设置使T0对外部事件计数，T1对内部定时。这样能精确地丈量信号的频率；频率显现有些选用四个七段数码显现管，节省了所需单片机的口线和外围器件，简化了显现有些的编程操控。

3.2信号预处理电路

它由三级电路构成，榜首级为由开关三极管构成的零偏置扩大器，三极管选用开关三极管，以确保扩大器具有杰出的高频效应。当输入信号为零或负电压时，三极管截止，输出高电平；当输入信号为正电压时，三极管导通，输出电压跟着输入电压的上升而降低，这使得频率计既能够丈量恣意方波信号的频率，也能够丈量正弦波信号的频率。扩大器的扩大功能降低了对待测信号起伏的需求，完成了体系能对恣意大于0.5V的正弦波和脉冲信号进行丈量。第二级选用带施密特触发器的反相器CT74LS14，它用于把扩大器生成的单相脉冲转换成与CMOS电平兼容的方波信号。第三级选用14位二进制异步计数器CD4020，第三级输出的方波加到CD4020的CLK端口，Q12端输出的信号输入到单片机，从而为丈量信号的周期供给基础。别的，为使CD4020正常作业，它的RST端有必要经过电阻接地。

参考文献

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中图分类号：TP368

文献标识码：A