CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
智能化仪器仪表及其应用课程设计
设计题目：基于单片机的简易频率计设计 学生姓名： 王金成 学院名称： 能源动力工程学院 专业名称： 风能与动力工程 班级名称： 风能1241班 学 号： 123441129 指导老师： 郭瑞 完成时间： 2014年1月12日-16日
目 录
一、 需求分析...................................................... 1 二、 方案论证...................................................... 1
2.1 方案论述 ................................................... 1 2.2 功能实现具体过程 ........................................... 2
2.2.1 M法具体过程 ............................................ 2
2.2.2 T法具体过程 ............................................ 3
三、 器件选择与器件描述............................................ 4
3.1 AT89C51单片机.............................................. 5 3.2 74LS373锁存器.............................................. 7 3.3 74LS139译码器.............................................. 8 3.4 LED数码管.................................................. 9 四、 硬件电路设计................................................. 10
4.1 控制、计数电路 ............................................ 10 4.2 外部震荡电路的设计 ........................................ 10 4.3 译码显示电路 .............................................. 11 4.4 显频和锁频电路 ............................................ 11 五、 软件流程设计................................................. 12 六、 调试过程论述................................................. 13 七、 结论和总结................................................... 14 设 计 体 会............................................... 15 附录一............................................................. 16 附录二............................................................. 17 参考文献........................................................... 20
一、 需求分析
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。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。
由于现在实际的运用，在有些行业需要对频率进行定时记录，但如果频率的波动频率太快，会使操作人员不易记录，所以我们提出了对显示屏进行人工锁屏，这样既保证了操作人员记录数据的准确性，又不会影响对实时频率的计算。相信这将对操作人员有很大的帮助，也有很好的市场前景。
二、 方案论证
2.1 方案论述
此设计方案是基于AT89C51单片机为核心控制元件，设计一个简易频率计。因此对信号发生器输入的频率，单片机可以用两种方法检测（ Δm ，ΔT ）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。
电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法(M法)，脉冲周期测频法(T法)，脉冲数倍频测频法(AM法)，脉冲数分频测频法(AT法)，脉冲平均周期测频法(M/T法)，多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。
脉冲数定时测频法(M法)：此法是记录在确定时间Tc内待测信号的脉冲个数Mx，则待测频率为：
Fx=Mx/ Tc 脉冲周期测频法(T法)：此法是在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是：
Fx=Mo/Tx 脉冲数倍频测频法(AM法)：此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频，把待测信号频率放大A倍，以提高测量精度。其待测频率为：
Fx=Mx/ATo 脉冲数分频测频法(AT法)：此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由
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于T法测量时要求待测信号的周期不能太短，所以可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍，所测频率为：
Fx=AMo/Tx
脉冲平均周期测频法(M/T法)：此法是在闸门时间Tc内，同时用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数Mx和标准信号的脉冲数Mo。若标准信号的频率为Fo，则待测信号频率为：
Fx=FoMx/Mo
多周期同步测频法：是由闸门时间Tc与同步门控时间Td共同控制计数器 计数的一种测量方法，待测信号频率与M/T法相同。
以上几种方法各有其优缺点：
脉冲数定时测频法，时间Tc为准确值，测量的精度主要取决于计数Mx的误差。其特点在于：测量方法简单，测量精度与待测信号频率和门控时间有关，当待测信号频率较低时，误差较大。
脉冲周期测频法，此法的特点是低频检测时精度高，但当高频检测时误差较大。 脉冲数倍频测频法，其特点是待测信号脉冲间隔减小，间隔误差降低；精度比M法高A倍，但控制电路较复杂。
脉冲数分频测频法，其特点是高频测量精度比T法高A倍，但控制电路也较复杂。 脉冲平均周期测频法，此法在测高频时精度较高，但在测低频信号时精度较低。 多周期同步测频法，此法的优点是，闸门时间与被测信号同步，消除了对被测信号计数产生的±1个字误差，测量精度大大提高，且测量精度与待测信号的频率无关，达到了在整个测量频段等精度测量。 2.2 功能实现具体过程
2.2.1 M法具体过程
T0定时50ms，T1对方波的计数，数值串行输出和静态显示三大部分内容，此外还要附加延时程序以使静态显示数值稳定等。具体描述如下：
① T0 实现50ms定时：
采用12 MHz的晶体振荡器的情况下，一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时，采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时／计数
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器T0作定时器，工作于方式1产生50 ms的定时，定时完成所得的计数值乘以20即为所测信号频率。
② T1计数部分:
将定时器／计数器的方式寄存器TMOD，用软件赋初值51H，即01010001B。这时定时器／计数器1采用工作方式1，方式选择位C／T设为1，即设T1为16位计数器。定时器／计数器O采用工作方式1，C／T设为0，即设TO为16位定时器。 计算计数初值：设计数初值为m，本设计采用12 MHz的晶振。机器周期=12×(1／晶振频率)，得等式216?m?10?6?50?10?3。所以计数初值m=15536。
当定时器／计数器T1设定为计数方式时，其计数脉冲是来源T1端口的外部事件。当T1端口上出现由“1”(高电平)到“0”(低电平)的负跳变脉冲时，计数器则加1计数。计算机是在每个机器周期的S5P2状态时采样T1端口，当前一个机器周期采样为1且后一个机器周期采样为0时，计数器加1计数。计算机需用两个机器周期来识别1次计数，因而最大计数速率为振荡频率的1／24。在采用12 MHz晶振的情况下，单片机最大计数速度为0．5 MHz即500 kHz。
另外，此处对外部事件计数脉冲的占空比(即脉冲的持续宽度)无特殊要求，但必须保证所给出的高电平在其改变之前至少被采样1次，即至少保持1个完整的机器周期。由此可见，从T1口输入脉冲信号，T1可实现对脉冲个数的计数。
③ 数值并行输出和静态显示
运用74LS373扩展51单片机上P0输出口，通过2-4译码器和74LS02对74LS373进行片选控制，继而在数码管上显示相应频率。
在并行输出的过程中，由单片机上的.P3.6口交替出现高低电平，再与2-4译码器所输出的片选信号结合，由与非门控制输出高电平，从而对74LS373寄存器进行片选控制。寄存器分别连接到5个LED数码管，对实时频率进行5位静态显示。 2.2.2 T法具体过程
由INT1输入方波脉冲信号，T1对方波信号的高电平部分计时，计时结果串行输出和静态显示三大部分，与M法一样，还要附加延时程序以使静态显示数值稳定等。具体描述如下：
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