基于AT89S52单片机的数字频率计课程设计 .pdf

第一章前言

频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，

易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量

成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关

注。

1.1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。传统的频率计采用测频法测量频率，通

常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢

而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测

量准确度高，响应速度快，体积小等优点[1]。

1.2频率计发展与应用

在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程

碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的

发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个

重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应

用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及

的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以AT89S52为内核的单片机系列目前

在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要[2]。

1.3频率计设计内容

利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一个简易的频率计

能够粗略的测量出被测信号的频率。参数要求如下：

1．测量范围10HZ—2MHZ；

2．用四位数码管显示测量值；

1

第二章系统总体方案设计

2.1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

[3]

入主门的输入端。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：

N

fx=（1）

T

图1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1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

[4]

频率计数器严格地按照f=公式进行测频。由于数字测量的离散性，被测

T

频率在计数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