基于51单片机的数字频率计设计论文.pdf

本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识，

以及查阅资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识

应用到日常生活当中。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，充分发挥教学与实践的结合。

全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的

工作打下了坚实的基础。

1.1数字频率计概述

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。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能

是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。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，经常要用到频率计。

本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602ALCD显示

器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基宽

度为lus,10us,100us,1ms。用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以

测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算T

T.

频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量

一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周

期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如右图0..…N

1所示。

图1频率测量原理

若被测量信号的周期为，分频数m,分频后信号的周期为T,则：T=mTx。由

图可知：T=NT。

(注：T?为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信

号的频率f。)

由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况

下很小；而系统的量化误差小于1,所以由式T=NT。可知，频率测量的误差主要

取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。

1.3基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以

测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”,就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定

时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N,则其频率可表示为f=N/T。

其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率

fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路

的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒

信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号

结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间

内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

第2节数字频率计(低频)的硬件结构设计

2.1系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51,由它完成对待测信

号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以

下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、

LCD显示模块。各模块关系图如图2所示：

显示

倍频锁相单片机

放大整形

被测信号时基电路

图2数字频率计功能模块

2.2系统工作原理图

该系统工作的总原理图如图3所示：

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