簡易數字頻率計

付貴麗（湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，湖北　武漢　430035）

簡易數字頻率計

付貴麗
（湖北省漢江崔家營航電樞紐管理處，湖北武漢430035）

摘要：本設計以單片機AT89C51為核心設計了一種簡易數字頻率計。它主要由輸入整形電路、單片機AT89C51和顯示電路等組成。被測信號（以正弦波為例）通過放大、整形電路轉換成同頻率的方波脈沖信號作為外部事件，采用單片機內部的定時/計數器T0進行計數。其輸出信號輸送至89C51單片機T0計數器對其進行計數，T1定時器進行定時。然后通過軟件編程轉換為頻率，并通過七段數碼顯示管顯示被測信號的頻率。經測試表明，本設計基本上達到了一定頻率范圍測試的要求。

關鍵詞：AT89C51；數字頻率計；CD4020分頻器；定時/計數器

頻率計數器是測量信號頻率的裝置，也可以用來測量方波脈沖的脈寬。

數字頻率計即DFM-DigitalFrequency Meter，也稱為數字頻率表或電子計數器。它不僅是電子丈量和頻率儀器儀表專業范疇中丈量頻率與周期，丈量頻率比和進行計數、測驗的主要儀器，而且要比示波器測頻更便利、經濟的多，特別是現代電子計數器商品與組件和具有多種功用的數字式頻率計，已廣泛應用于計算機體系，通訊廣播設備，出產過程自動化測控設備帶LED、LCD數字顯現的多種儀器儀表以及許多的科學范疇。可以說，伴隨著數字化技能的開展，電子計算機、通訊設備、音頻和視頻技能進入科研、出產、軍事技能和經濟生活范疇，直至家庭和自己，使得電子計數器和測頻手段與上述電子設備銜接為寸步不離的技能。

1　系統概述

在電子技術中，頻率是最基本的參數之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。

2　設計要求及方案選擇

2.1設計任務和要求

設計一個簡易數字頻率計。主要性能指標：①波形幅度：Vm=5V；②頻率范圍：0Hz～500kHz；③顯示位數：4位；④被測信號：正弦波、方波。

2.2方案論證

方案一：系統采用頻率/電壓轉換方式進行測量，將被測信號經F/V轉換后，再經A/D模數轉換后進行數據處理。

方案二：體系選用可編程邏輯器件（PLD或ATV2500）作為信號處理及體系操控核心，完結包含計數、門控、顯示等一系列作業。

方案三：體系選用MCS-51系列單片機8032作為操控中心，門控信號內8032內部的計數器發生單位為1μs，因為單片機的計數上限較低，所以需要對高頻信號進行硬件體系分頻處理，8032則完結運算、操控及顯示功用。

方案四：系統以單片機AT89C51為核心，由信號預處理電路、AT89C51單片機及顯示電路組成。被測信號通過放大整形轉換為方波脈沖信號送至89C51單片機T0計數器進行計數，T1定時器定時，然后通過軟件編程轉換為頻率通過七段數碼顯示管顯示被測信號的頻率。

2.3方案比較

從以上方案設計論證，方案一硬件電路復雜、靈敏度高、測量范圍小、系統量化誤差大、性價比低，所以方案不理想；方案二利用了PLD的可編程和大規模的特點，使電路大為簡化。此路用PLD不能充分發揮其特點及優勢，并且測量精度不夠高，導致系統性能價格比降低，系統功能擴展受到限制，因此也沒有選用此方案；方案三的系統雖然具有極為靈活的可編程性，但是在實現高頻信號的測量時電路硬件比較復雜，并且需要軟件編程。因此，該方案實現起來較困難，本設計沒有采用；方案四基于單片機技術開發出的數字式頻率計數器具有簡單、方便、響應速度快、體積小等一系列優點，可以及時、準確地測量低頻信號的頻率。

經過以上比較，方案四能精確的滿足我們設計的要求，為此本設計采取此方案。

2.4總體方案確定

輸入信號經放大、整形轉換為方波脈沖信號送至AT89C51單片機的定時/計數器T0。T0計數器對其進行計數，同時內部定時/計數器T1進行定時。通過軟件編程將T1設置為定時50ms（20次共1s）。當定時時間到時，T0停止計數，調用計算程序計算后，再調用顯示子程序送至七段數碼顯示管顯示被測信號的頻率。

3　硬件設計

3.1體系構成

所規劃的頻率計的丈量規模為0～500kHz。頻率計由信號預處理電路、AT89C51芯片、數碼顯現電路和體系軟件構成。其間信號預處理電路包括信號擴大、波形改換、波形整形和分頻電路。信號預處理電路中的擴大器完成對待測信號的擴大，降低對待測信號起伏的需求；波形改換和波形整形電路將擴大的信號轉變成可與單片機接口兼容的TTL信號，分頻電路的運用不只使單片機測頻更易于完成，并且也降低了體系的測頻誤差；單片機經過設置使T0對外部事件計數，T1對內部定時。這樣能精確地丈量信號的頻率；頻率顯現有些選用四個七段數碼顯現管，節省了所需單片機的口線和外圍器件，簡化了顯現有些的編程操控。

3.2信號預處理電路

它由三級電路構成，榜首級為由開關三極管構成的零偏置擴大器，三極管選用開關三極管，以確保擴大器具有杰出的高頻效應。當輸入信號為零或負電壓時，三極管截止，輸出高電平；當輸入信號為正電壓時，三極管導通，輸出電壓跟著輸入電壓的上升而降低，這使得頻率計既能夠丈量恣意方波信號的頻率，也能夠丈量正弦波信號的頻率。擴大器的擴大功能降低了對待測信號起伏的需求，完成了體系能對恣意大于0.5V的正弦波和脈沖信號進行丈量。第二級選用帶施密特觸發器的反相器CT74LS14，它用于把擴大器生成的單相脈沖轉換成與CMOS電平兼容的方波信號。第三級選用14位二進制異步計數器CD4020，第三級輸出的方波加到CD4020的CLK端口，Q12端輸出的信號輸入到單片機，從而為丈量信號的周期供給基礎。別的，為使CD4020正常作業，它的RST端有必要經過電阻接地。

參考文獻

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