简易数字频率计毕业论文

学生毕业论文（设计）

题 目 简易数字频率计

姓 名 曾志刚 学号 ************* 系 部 电子与信息工程系 专 业 电子信息工程技术

指导教师 刘刚 职称 讲师

2014 年 11 月 28 日 长沙师范学院教务处制

长沙师范学院毕业论文（设计) 诚 信 承 诺 书 本人慎重承诺：我所撰写的论文（设计）《简易数字频率计的设计》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。 毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名)： 年 月 日

附件6： 长沙师范学院学生毕业论文（设计）开题报告

毕业论文（设计）题目 简易数字频率计 题目类型 院（系） 指导教师 姓 名 综合 电子与信息工程系 刘刚 曾志刚 年 级 题目来源 专 业 职 称 2012级 指导教师拟定 电子信息工程技术 讲师 学 号 2012540330130 一、立题依据(国内外研究进展或选题背景、研究意义等) 数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。它是一种基本的测量仪器，是用数字显示被测信号频率的仪器，由于其测量速度、精确度高，显示直观，如果配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，因此，它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。随着电子技术的快速发展，它将被更广泛的应用到各个领域中去。 二、研究的主要内容及预期目标 主要内容：本课题主要选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易数字频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、隔直，触发、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。通过对时基电路、放大整形电路、逻辑控制电路的设计，同时采用纯数字电路，根据设计中要实现的功能，讲述了数字频率计的原理及功能和测频方法。 预期目标：成功地实现数字频率计的设计，使其具有体积小、成本低、低功耗、精度高等优点，适用于各种测量电路。同时使误差率降到最小。 三、研究方案（思路） 数字频率计的设计原理→频率检测实现方法→系统的软硬件设计方案→数字频率计测量方法论证及选择→系统的调试及误差分析→总结 四、论文进度安排 （1）2013年9月-2013年10月 领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告。 （2）2013年10月中旬 完成论文初稿，总体方案的拟定。 （3）2013年10月末 完成论文的终稿，LED点阵电子显示屏的编程和设计 （4）2013年11月初 后期调试和测试 （5）2013年11月中旬 总结毕业设计的整个过程，完成毕业设计论文。

五、主要参考文献 [1]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计［M]. 哈尔滨工业大学出版社，2003. [2]刘坤. 51单片机C语言应用开发技术大全［M］.人民邮电出版社，2008.09. [3]陈国平，MC-51系列单片机系统原理与设计［M］.冶金工业出版社， 2003.03. [4]刘征宇.电子电路设计与制作.福建科学技术出版社, 2003.09. [5]张振荣 《MCS-51单片机原理及实用技术》 人民邮电出版社 2000 [6]马忠梅等 《单片机的C语言应用程序设计》 北京航天大学出版社 [7]陈润泰 《检测技术与智能仪表》 中南大学出版社 2005年 [8]李朝青主编 《单片机原理与接口技术》 北京:航空航天大学出版社,2000 [9]周继明,江世明主编. 《传感技术与应用》 长沙:中南大学出版社,2005 [10]李光飞 ，楼苗然主编《51系列单片机》 北京航空航天大学出版社，2003 [11]黄正瑾编著《CPLD系统设计技术入门与应用》 北京: 电子工业出版社, 2002 [12]谢自美编著《电子线路设计·实验·测试》华中理工大学出版社,2002 [13]陈永甫编著《电子电路智能化设计.实例与应用》北京：电子工业出版,2002.8 [14]康华光主编《电子技术 》基础(第四版).北京：高等教育出版社，1999 [15]马忠梅等《单片机的C语言应用程序设计》北京航天大学出版社 六、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 七、系部审核意见 负责人签名（系部公章）： 年 月 日 注：1. 题目类型：理论、实验、应用、综合； 2. 题目来源：指导教师拟定、自选、其它； 3. 此表可打印。

附件7：长沙师范学院学生毕业论文（设计）中期检查表

毕业论文（设计）题目：建议数字频率计 学生姓名 指导教师 曾志刚 刘刚 学号 2012540330130 院系 专业 电子与信息工程系 电子信息工程技术 教师职称 讲师 计划完成时间：2014年11月20号 已完成的工作 领题、审题、搜集资料，查阅文献，完成开题报告； 完成论文初稿，总体方案的拟定； 硬件的整体框图及电路原理图，并画写出了一些主要程序模块的程序流程图 未完成的工作 写出系统软件代码； 后期调试和测试； 毕业答辩 学生签名： 年 月 日 指导教师评议（指出优点和不足） 指导教师签名： 年 月 日 系部意见 负责人签字： 年 月 日

附件8：长沙师范学院学生毕业论文（设计）评分表

电子与信息工程专业 电子信息工程技术 学号 2012540330130 姓名 系 论文题目 简易数字频率计 系部 评分人 指 导 教 师 评 价 内 容 1. 对待毕业论文（设计）的态度 2. 观察、收集、整理、查阅资料及运用水平 3. 独立工作能力、动手能力和分析解决问题的能力 4. 论文的创新性与写作质量 合 计 曾志刚 满分 15 25 30 30 100 得分 是否同意答辩： 指导教师签字： 年 月 日

评分人 评 阅 教 师 评 价 内 容 1. 论文选题的价值与合理性 2. 论文的难度、工作量大小和创新性 3. 论证过程的合理性与结果的正确性 4. 文字表达水平、文章的逻辑性与写作规范 合 计 满分 15 30 25 30 100 得分 是否同意答辩： 评阅教师签字： 年 月 日

评分人 答 辩 小 组 评 价 内 容 1. 内容的科学性、创新性或应用性 2. 论文写作水平及知识掌握程度 3. 语言表达能力、逻辑思维能力、回答问题的正确性 合 计 满分 35 25 40 100 得分 答辩是否通过： 答辩小组组长签字： 年 月 日

评定成绩 指导教师评定成绩（40%） 论文评阅论文答辩成绩（30%） 成绩（30%） 总成绩 论文等级 系部毕业论文领导小组负责人签字（系部公章）： 年 月 日 注：论文等级与百分制的对应关系：优秀（90-100），良好（80-89），中等（70-79），及格（60-69），不及格（60分以下）。

学生毕业论文（设计）鉴定表

题 目 简易数字频率计

姓 名 曾志刚 学号 2012540330130 系 部 电子与信息工程系 专 业 电子信息工程技术

指导教师 刘刚 职称 讲师

2014 年 11 月 28 日 长沙师范学院教务处制

中文摘要： 英文摘要：

指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 论文等级： 系部负责人（签章）： 年 月 日

系部审核意见： 系部公章： 年 月 日 填写说明

1. 用蓝色或黑色墨水的钢笔（或签字笔）填写，书写要清晰、工整、规范，不得打印。

2. 此表一式两份。一份装入学生档案；一份按此表、开题报告、中期检查表、成绩评定表、论文正文的顺序装订成册，

留院（系）存档。 3.

附件10： 长沙师范学院毕业论文（设计）工作总结表

答辩学生总人数 优 秀 未能如期答辩学生人数 良 好 中 等 及 格 不及格 成绩分布等级 人数 比例 在毕业论文（设计）工作过程中执行学校规定和要求的情况： 结合系部特点制定的具体措施及执行效果： 存在的问题及今后的措施： 系主任签字（公章）： 年 月 日

目录

摘要 ................................................................................................................................................. 1 Abstract ........................................................................................................................................... 2 引 言 ............................................................................................................................................... 3 第一章 绪论 ................................................................................................................................. 4 1.1课题背景 .......................................................................................................................... 4 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................................................. 4 1.3数字频率计设计的任务与要求 ...................................................................................... 4 第二章 设计方案 ........................................................................................................................... 5 2.1 本课题的特点 ............................................................................................................... 5 2.2 实现方案比较与选择 ..................................................................................................... 5 2.3 方案确定 ......................................................................................................................... 5 2.4 测频的原理 ..................................................................................................................... 5 2.5 总体思路 ....................................................................................................................... 6 2.6 具体模块 ....................................................................................................................... 7 第三章 硬件系统设计 ................................................................................................................... 8 3.1 总体电路图 ................................................................................................................... 8 3.2 信号输入电路 ................................................................................................................. 9 3.3 放大整形电路 ............................................................................................................... 9 3.4 分频电路 ....................................................................................................................... 9 3.5数据选择电路 ................................................................................................................ 10 3.6单片机系统 .................................................................................................................... 10 3.7 显示电路 ....................................................................................................................... 11 第四章 软件系统设计 ................................................................................................................. 12 4.1 软件模块设计 ............................................................................................................. 12 4.2 中断服务子程序 ......................................................................................................... 13 4.3 显示子程序 ................................................................................................................. 13 4.4 量程档自动转换子程序 ............................................................................................. 14 第五章 调 试 ........................................................................................................................... 15 5.1 调试过程和仿真实现结果 ......................................................................................... 15 总 结 ....................................................................................................................................... 17 致 谢 ....................................................................................................................................... 18 参考文献 ....................................................................................................................................... 19 附录 ............................................................................................................................................... 20

摘要

频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数时，则被测信号的频率f=N/T。

频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

关键词： 周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器

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Abstract

Frequency mater is also called frequency counter, is a special survey on the measured signal frequency electronic measuring instrument. The basic working principle is: when the number of cycles of a measured signal in a specific period of time in the T, the frequency of f=N/T is the test signal.

Frequency meter mainly consists of four parts: base (T) circuit, input circuit, a counting display circuit and a control circuit. In a measurement cycle process, the measured cycle signal in the input circuit amplified, after shaping, forming narrow pulse differential operation of the specific period, an input to the main gate. Another input end of the main door for a time base circuit circuit generates the pulse gate. During the gate pulse to open the main gate, narrow pulse can through the main doors of the specific period, to enter the counter for counting, is used to display the measured signal frequency value display circuit counter, the internal control circuit is used to complete the switch between various measurement function and Realization of the measurement set.

In the traditional electronic measuring instrument, oscilloscope in frequency measurement of low measuring precision, large error. The spectrum analyzer can measure frequency accurately and show the spectrum of the measured signal, but the measuring speed is slow, unable to track the real-time fast to capture changes in the measured frequency signal. It is precisely because the frequency meter can quickly and accurately capture the measured signal frequency changes, therefore, frequency meter has a very wide range of applications. Keywords: Cycle; frequency; digital tube, latch, counter, medium scale circuit, timer

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引 言

频率计的应用范围很广，它不仅应用于一般的简单仪器测量，而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器的测量、工业控制等其它领域。目前市场上的频率计产品很多，但基本上都是采用专用计数芯片如（ICM7240，ICM7216）和数字逻辑电路组成，由于这些芯片本身的工作频率不高（如ICM7240仅有15MHZ左右），从而限制了产品工作频率的提高，远不能满足在一些特殊的场合需要测量很高的频率要求，而且测量精度也受到芯片本身极大的限制。从80年代单片机引入我国至今，单片机已广泛地应用于电子设计中，使频率计智能化水平在广度和深度上产生了质的飞跃，数字化也成为了电子设计的必由之路。运用51系列单片机和中规模的数字电路组合设计频率计，并采用适当的算法取代传统电路，不仅能克服传统频率计结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端，而且频率计性能也将大幅提高，可实现精度较高、等精度和宽范围频率计的要求。有一个值得研究的问题就是要实现一个宽频域、高精度的数字频率计，一种有效的方法是：在高频段直接采用测频率法，低频段采用测周法。传统的数字频率计本身无计算能力因而难以使用测周期法，而用AT89S51单片机构成的数字频率计却很容易做到这一点。随着单片机技术的不断发展，单片机能实现更加灵活的逻辑控制功能，具有很强的数据处理能力，可以用单片机通过软件设计直接用十进制数字显示被测信号频率。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥学习与实践的结合。

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第一章 绪论

1.1课题背景

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。

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。

1.2 课题研究的目的和意义

单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，也提高了测试精度。

1.3数字频率计设计的任务与要求

单片机控制的数字频率计

1.测频范围：10Hz~10KHz。为保证测量精度分三个频段

10Hz~100Hz，100Hz~1KHz，1KHz~10KHz，有超量程指示。

2.输入波形：函数信号发生器输出方波，矩形波，幅度为5V，能产生所需频率的脉冲信号。

3.测量误差：≤1

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第二章 设计方案

2.1 本课题的特点

1.1.1 对测量的精度要求很高，且测量速度尽量要快

1.1.2 采用等精度算法，控制逻辑较复杂，对软件设计要求较高 1.1.3信号易受干扰，电路设计时，应充分考虑抗干扰措施

针对题目要求可将设计分为数据采集与处理模块，控制与运算模块，键盘和显示模块几部分。其中数据采集与处理模块完成对信号的整流、放大和采集；控制与运算模块实现对采集数据的运算和转换；键盘和显示模块则实现对以其功能的选择和测得数据的显示。 2.2 实现方案比较与选择

针对控制电路设计的不同拟定了以下三种设计方案： 方案一：

采用功能较强、兼容性强、性价比高的AT89C51单片机作为控制核心，门控信号由单片机内部的计数定时器产生。由于单片机的计数频率上限较低（33MHz晶振时约为1.375MHz），所以要利用中小规模集成电路对高频信号进行硬件预分频处理，AT89C51主要完成运算、控制及显示功能。该方案的特点是灵活性强、硬件电路大大简化、抗干扰能力强、测量精度高、调试维护简单。 方案二：

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。该方案的特点是电路复杂、灵敏度差、测量范围较小、量化误差大、部分功能不易实现性价比低。 方案三：

系统测频部分采用中小规模数字集成电路，用机械式功能转换开关换档，完成测频率、周期及脉宽等功能。该方案的特点是中小规模集成电路的应用技术成熟，元件可靠性强，但由于对系统功能、精度要求较高，所以电路过于复杂，且人机交互不直观，用户的操控不容易实现 2.3 方案确定

综合比较以上的几种实现方案，我们采用方案一，即使用单片机与中小集成电路相结合的方式。 2.4 测频的原理

测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。被测信号，通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端[3]。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信

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号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式：

fx=图2.4说明了测频的原理及误差产生的原因。

时基信号 待测信号 丢失（少计一个脉冲） 计到N个脉冲 多余（比实际多出了0.x个脉冲）

图2.4 测频原理 在图1中，假设时基信号为1KHZ，则用此法测得的待测信号为1KHZ×5=5KHZ。但从图中可以看出，待测信号应该在5.5KHZ左右，误差约有0.5/5.5≈9.1%。这个误差是比较大的，实际上，测量的脉冲个数的误差会在±1之间。假设所测得的脉冲个数为N，则所测频率的误差最大为δ=1／（N-1）*100%。显然，减小误差的方法，就是增大N。本频率计要求测频误差在1‰以下，则N应大于1000。通过计算，对1KHZ以下的信号用测频法，反应的时间长于或等于10S，。由此可以得出一个初步结论：测频法适合于测高频信号。

N公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测频率在计数T器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的1量化误差，在不计其他误差影响的情况下，测量精度将为：

N T频率计数器严格地按照f=)1 (fAN应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T俩个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。

上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。 2.5 总体思路

频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机AT89S52 制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频。该频率计实现10HZ~10MHZ的频率测量,而且可以实现量程自动切换功能，四位共阳极动态显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。

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2.6 具体模块

根据上述系统分析，频率计系统设计共包括四大模块：单片机控制模块、电源模块、数码管控制模块及显示模块。各模块作用如下：

1、单片机控制模块：以AT89S52单片机为控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，分频和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时／计数器完成待测信号周期／频率的测量。单片机AT89S52内部具有2个16位定时／计数器，定时／计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。(因为AT89C51所需外围元件少，扩展性强，测试准确度高。)

2、电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单片机、信号调理电路以及分频电路提供电源，电压要求稳定、噪声小及性价高的电源。

3、数码管控制模块：74HC595是移位寄存器芯片，并行输出端具有输出锁存功能。与单片机连接简单方便，只须三个I/O口即可。而且通过芯片的Q7引脚和SER引脚，可以级联。

4、显示模块：显示电路采用四位共阳极数码管动态显示，为了加大数码管的亮度，使用4个PNP三极管进行驱动，便于观测。

综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、数码管控制、及显示模块等组成，频率计的总体设计框图如图2.6所示。

信号放大整形分频电路微控制器AT89S52数码管显示驱动电路5V电源

图2.6 频率计总体设计框图

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第三章 硬件系统设计

硬件电路主要分为信号输入电路、放大整形电路、分频电路、数据选择电路、单片机系统和显示电路五部分。 3.1 总体电路图

图3.1总体电路图

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3.2 信号输入电路

模拟电路中信号源由PROTEUS 的虚拟信号发生器产生。

图3.2 信号输入电路

3.3 放大整形电路

信号由IN1口输入，当待测信号为高频时，信号被100分频，然后送门控电路；当待测信号为低频时，直接送门控电路。

为了提高电路的输入阻抗，选用场效应管K30组成该放大电路的输入级。其栅极连接的两只二极管起到对输入信号限幅的作用。K30与9015组成二极直流

放大器，其中运用反馈网络，其扩展带宽、稳定增益的作用。放大后的信号经电容器送给9014进一步放大。最后，送入施密特触发器（74LS132）进行整形，得到单片机计数所需的矩形波信号。

图3.3 74HC4017时序图

3.4 分频电路

分频电路采用十进制的计数器74HC4017来分频，当被测信号脉冲个数达到10个时74HC4017产生溢出，C0端输出频率为输入频率的1/10，达到十分频的作用。如果当频率很高是需要多次分频只需将多片74HC4017级联就可以了。74HC4017时序图如图3.4-1所示，

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系统分频电路如图3.4-2所示。

图3.4-1 74HC4017时序图

图3.4-2 分频电路

3.5数据选择电路

根据设计要求要根据计数脉冲个数来选择分频次数，可以用74151来选择分频次数，74151的选择控制信号有单片机的I/O口来控制。数据选择电路如图3.5所示。

图3.5 数据选择电路

3.6单片机系统

单片机采用AT89C51，采用12MHZ的晶振频率。单片机的P3.2口接被处理后的被测信号，P0口接液晶显示器的数据输入端，ALE，RD，WR，P0.0，P0.1通过外接控制电路接液晶显示器的控制端。单片机系统的电路如图3.6所示。

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图3.6 单片机系统

3.7 显示电路

显示电路由数码管组成，对电路最终的测量数据进行显示，其电路如图3.7所示。

图3.7 显示电路

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第四章 软件系统设计

系统软件设计主要采用模块化设计，叙述了各个模块的程序流程图，并介绍了软件Keil和Proteus的使用方法和调试仿真。 4.1 软件模块设计

系统软件设计采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块，信号频率测量模块，自动量程转换和显示模块等模块组成。系统软件流程如图所示。

频率计开始工作或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时／计数器的工作方式。定时／计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。

开始系统初始化频率测量频率是否超过1KHzY硬件十分频N计数器计数测频率值测量数据显示

图4.1 系统软件流程总图

首先定时／计数器的计数寄存器清0，运行控制位TR置1，启动对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0，停止计数。计数寄存器中的数值经过数制转换程序从十六进制数转换为十进制数。判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块；若该位为0，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。定时／计数器的工作被设置为定时器方式，定时／计数器的计数寄存器清0，在判断待测信号的上跳沿到来后，运行控制位TR置为1，以单片机工作周期为单位进行计数，直至信号的下跳沿到来，运行控制位TR清0，停止计数。16位定时／计数器的最高计数值为65535，当待测信号的频率较低时，定时／

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计数器可以对被测信号直接计数，当被测信号的频率较高时，先由硬件十分频后再有定时／计数器对被测信号计数，加大测量的精度和范围。 4.2 中断服务子程序

T0中断服务子程序流程如图12所示。测频时,定时器T0 工作在定时方式,每次定时50mS ,则T0 中断20 次正好为1秒,即T0用来产生标准秒信号,定时器T0 用作计数器,对待测信号计数,每秒钟的开始启动T0 ,每秒钟的结束关闭T0 ,则定时器T0 之值乘以分频系数就为待测信号的频率。

中断开始关外部计数器判断计数是否为1sY选择相应档位开外部计数器中断计数器装初值中断返回

图4.2-1 T0中断服务子程序

定时／计数器T1工作在计数方式, 对信号进行计数,计数器1中断流程图如图4.2-2所示。

中断开始计数器加1中断开始 图4.2-2 计数器1中断服务子程序

4.3 显示子程序

显示子程序将存放在显示缓冲区的频率或周期值送往数码管上显示出来,由于所有4 位数码管的8 根段选线并联在一起由单片机的P2口 控制,因此,在每一瞬间4位数码管会显示相同的字符,要想每位显示不同的字符就必须采用扫描方法轮流点亮各位数码管,即在每一瞬间只点亮某一位显示字符,在此瞬间,段选控制口P2输出相应字符。由P0.0-P0.3逐位轮流点亮各个数码管, 每位保持1mS ,在10mS～20mS 之内再点亮一次,重复不止,利

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用人的视角暂留,好像4 位数码管同时点亮。数码管显示子程序流程如图4.4所示。

开始选择档位数据各位分离延时送数据显示结束 图4.3 显示子程序流程图

4.4 量程档自动转换子程序

使用定时方法实现频率测量时，外部的待测信号通过频率计的预处理电路变成宽度等于待测信号周期的方波，该方波同样加至定时／计数器的输入脚（P3.5）。工作高电平是否加至定时／计数器的输入脚；当判定高电平加至定时／计数器的输入脚，运行控制位TR置1，启动定时／计数器对单片机的机器周期的计数，同时检测方波高电平是否结束；当判定高电平结束时TR清0，停止计数，然后从计数寄存器读出测量数据。由显示电路显示测量结果，根据测量结果判断，进行频率计比较后，进行档位的自动切换，具体档位自动切换流程图如图4.5所示。

开始测量频率值X判断X值X<1KHzN调用KHz档YX<1MHzN调用MHz档Y调用Hz档显示频率值结束 图4.4 量程档自动转换子程序

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第五章 调 试

等精度数字频率计的调试比较简单，在电平转换前的输入端输入标准的正弦信号，把编译好的程序指定到Proteus中的单片机中。运行Proteus即可在显示器中观测到显示结果。

5.1 调试过程和仿真实现结果

开启proteus软件并将编译好的程序加载至单片机，先将输入信号的频率设定为10.921HZ，再运行proteus。在LCD显示屏上即可看到所测信号的频率：

显示结果：

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用同样的方法进行仿真实验：

显示结果：

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总 结

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，会被经常使用到。

本文介绍了一种基于单片机AT89C52制作数字频率计的设计方法。其测量原理非常简单，硬件电路制作方便，软件编程易于实现，所测得的频率范围较宽，精度较高，平均相对误差在0.34%左右，是在允许的测量误差范围内。此次设计的数字频率计达到了测量频率的目的，但在实际制作和测试过程中，由于自己知识有限，时间短和经验不足等原因，还是出现了一些问题和需要继续改进、完善的地方。比如：在制PCB板时，单面布线的布通率始终无法达到100%，因此焊接电路板时必须采用导线连接，测量时准确性受外部因素影响比不用导线连接时大，造成的测量误差就大些。在编写程序时，闸门时间没能准确地微调至1秒，致使测量的误差比理想的要大。由于单片机内部具有丰富的存储资源和强大的数据处理能力，因此采用单片机设计的数字频率计只需要改动很少的硬件部分就可以和其他的自动化仪表组成多功能控制系统，测量速度得到提高，用于连续测量的控制系统是非常有价值和意义的。

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致 谢

逝者如斯夫，不舍昼夜。这是孔子所说，且为我们所理解，在论文完毕之时，心中涌现出了此种感慨。转眼就快到结束在学校学习的机会，心中的失落不言而喻。尽管百般不舍，但天下无不散之宴席。

结束了在校的学习，所收获的不只是愈加丰富的知识，重要的是在其中所培养出来的表达能力和思维方式，很庆幸这些年遇到的一切良师益友，无论是在学习上还是在生活上都给予了我无私的帮助和真诚的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用言语度量，谨此以朴实的话语来致以崇高的敬意。

首先要感谢我的论文指导老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

还要感谢我的父母，给予了我生命并竭尽全力让我又接受教育的机会，养育之恩没齿难忘，对我的照顾让我在漫漫人生路上感到心灵有了虔诚的归依。在未来的日子里，我将更加努力学习与工作，以报答父母给予我的恩典！

虽然有很多人在我的生命中也许永远只属于过客，但他们对我的支持与激励依然刻在我的记忆深处，对于他们握始终心怀感激。最后，我要向百忙中对本文进行批阅和参加本人论文答辩的各位师长表示深深地感谢！

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参考文献

[1]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计［M]. 哈尔滨工业大学出版社，2003. [2]刘坤. 51单片机C语言应用开发技术大全［M］.人民邮电出版社，2008.09. [3]陈国平，MC-51系列单片机系统原理与设计［M］.冶金工业出版社， 2003.03. [4]刘征宇.电子电路设计与制作.福建科学技术出版社, 2003.09.

[5]张振荣 《MCS-51单片机原理及实用技术》 人民邮电出版社 2000 [6]马忠梅等 《单片机的C语言应用程序设计》 北京航天大学出版社 [7]陈润泰 《检测技术与智能仪表》 中南大学出版社 2005年

[8]李朝青主编 《单片机原理与接口技术》 北京:航空航天大学出版社,2000 [9]周继明,江世明主编. 《传感技术与应用》 长沙:中南大学出版社,2005 [10]李光飞 ，楼苗然主编《51系列单片机》北京：北京航空航天大学出版社，2003

[11]黄正瑾编著《CPLD系统设计技术入门与应用》 北京: 电子工业出版社, 2002 [12]谢自美编著《电子线路设计·实验·测试》华中理工大学出版社,2002 [13]陈永甫编著《电子电路智能化设计.实例与应用》北京：电子工业出版,2002.8 [14]康华光主编《电子技术 》基础(第四版).北京：高等教育出版社，1999 [15]马忠梅等《单片机的C语言应用程序设计》北京航天大学出版社

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附录

源程序

#include #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit Sck=P2^4; sbit nCS=P3^7; sbit Rck=P2^0; sbit Mosi=P2^6; sbit smgA1=P1^0; sbit smgA2=P1^1; sbit smgA3=P1^2; sbit smgA4=P1^3; int i=0;

void Timer_Init() {

TMOD=0x51; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TH1=0x00; TL1=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=1; TR1=1; }

void Smg_Dis(uchar Data) //串口输出 {

uchar i,temp; uchar

Seg_Tab[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0xc1,0x1f,0x01,0x19}; nCS=0; Rck=0;

temp=Seg_Tab[Data]; for(i=0;i<8;i++) {

Sck=0;

Mosi=temp&0x01; Sck=1;

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temp=temp>>1; }

Rck=1; }

void DelayMs(uint Z) //延时 {

uint i,j;

for(i=0;ifor(j=0;j<121;j++); }

void Display(Data) //千 百 十 个 {

uchar qian,bai,shi,ge; qian=Data/1000;

bai=(Data-qian*1000)/100; shi=(Data%100)/10; ge=Data%10; Smg_Dis(qian); smgA1=1; DelayMs(5); smgA1=0;

Smg_Dis(bai); smgA2=1; DelayMs(5); smgA2=0; Smg_Dis(shi); smgA3=1; DelayMs(5); smgA3=0; Smg_Dis(ge); smgA4=1; DelayMs(5); smgA4=0; }

code Seg_Tab[10]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0xc1,0x1f,0x01,0x19}; uint Timer,Timer1; void main() {

Timer_Init(); while(1) {

Display(Timer1); DelayMs(20); }

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}

void Timer0() interrupt 1 {

TH0=0x3c; TL0=0xb0; i++;

if(i==20)

{

Timer=TH1|0x0000; Timer<<=8;

Timer=TL1|Timer; TH1=0; TL1=0;

Timer1=Timer;

//Timer1=20*Timer; Timer=0; i=0;

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