单片机控制的数字频率计设计

　　在电子领域内，频率是一种最基本的参数，并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的测量精度。因此，频率的测量就显示得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期，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、高精度仪器测量、工业控制等其他领域。随着微电子技术和计算机的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。目前，市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计，但价格不菲。为适应实际工作的需要，本文考虑以单片机（AT89 S52）为控制平台和一个1602ALED显示器作为显示部件设计的一种频率计，整个设计采用定时、计数的方法测量频率，不但切实可行，而且体积小、成本低、低功耗、精度高、可自动量程转换、保密性强、设计简单，大大降低了设计成本和实现复杂度。频率计的硬件电路是用PRIT EL绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KELL-51作为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Proteus仿真软件来模拟和测试，最后通过综合调试，能实现所有要求的功能，完全满足本次设计的要求。

　　1 设计思路

　　传统的测频仪器体积很大，耗能量大，主要靠手工 *** 作，而最大的缺点是不以可编程，其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指令来进行控制，无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系统进行接口。针对这些缺点，本频率计在设计上做了改进，首先以信号放大整形后的方波脉冲作为控制闸门信号，然后采用计数器和锁存器对不同频率范围的信号直接进行计数来完成分频功能，分频后的信号由接口电路送给单片机，由单片机的计数对其进行计数，最后将计数结果通过运算转变为原号的频率数值，最后通过动态显示电路显示数值。其优点是：本频率计完全实现了单片频率计、频率采样、与单片微机三者之间与软件接口，使得测频量程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转换存储均可通过单片微机的软件编程自动进行，从而实现了测频与采样工作的完全智能化，使得本系统即可独立构成一个微型智能测频仪器的核心电路，也可作为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。

　　本系统采用AT89S52单片机作为控制核心，把经处理的被测信号（单片机30脚输出经CD4013分频的自测信号）给单片机（P3.4端），再由单片机处理，通过LCD显示模块显示测得的频率值，所有的系统均由AC220V-DC5V底纹波电源模块供电。整体设计思路可用框图1表示，该设计包括4大模块：1）系统控制模块；2）低纹波电源模块；3）分频自测模块（外界信号采集模块）；4）液晶显示模块。

　　图1 整体思路框图

　　2 硬件部分设计

　　2.1 系统控制模块

　　图2 单片机系统电路

　　2.2 低纹波电源模块

　　本系统电源完全采用220 V交流电，经过二极管桥式整流和电容滤波，再由9014和TOP46协同确保较大且稳定的电流。由R2、D2、Q4等确保5 V电压，并且系统内部有过流保护，保证输出电流不会超过最大允许值。输出电流达到允许的最大值，它就会自动减小输出电流。它内部有工作区限制，使稳压器的工作不进入非安全区（输出管的管压降和输出电流小于规定值）。最终输出波纹小于4 MV的5 V电压，确保了在测试频率时不受电源的影响，电源电路如图3所示。

　　图3 电源电路