论文总字数：20244字

摘 要

在二十一世纪半导体科技发展日新月异的今天，我国的嵌入式系统得到了广泛的使用和长足的发展。如今，无论是路边随处可见的红绿灯，超速检测系统，还是逐渐普及化的智能家居系统，更不同提手机，平板电脑等我们常用的电子设备都有着嵌入式系统的影子。使用各种单片机参与嵌入式系统的设计是目前主流的一种嵌入式设计方法，其普遍的设计思路是由硬件设计和编程设计两方面组成, 其测试过程多分为软件、硬件、系统三个大方面的调试。但是如使用拟仿真软件——Proteus，从业人员则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。在具体焊接电路以前,采用软件仿真，可以大大的增加工作效率，节约经济成本。本次数字频率计的设计，选择AT89C51单片机来完成对信号源产生的频率的信号进行测量和计数，测试出的频率结果通过连接电路的4位数码管展示。本数字频率计的测试方法，能对中低频率进行较精准的测量，误差上下不超过3Hz.

关键词：AT89C51;NE555;频率计

Design of Digital Frequency Meter based on FPGA

Abstract

With the rapid development of semiconductor science and technology in the 21 century, the embedded system in China has been widely used and developed by leaps and bounds. Today, whether it"s traffic lights, overs-peed detection systems, or smart home systems not alone mobile phones and computers that are used frequently have embedded systems involved in them. The design of embedded system that based on microcontrollers is one of the mainstream embedded design methods at present. Its general design idea is composed of hardware design and programming design. The testing process is divided into software, hardware and system. Major aspects of debugging. However, Proteus, practitioners can do the above work without making specific circuit boards by using the simulation software Before specific welding circuit, software simulation can greatly increase work efficiency and save economic cost. In the design of the digital frequency meter, AT89C51 microcontroller is selected to measure and count the frequency signal generated by the signal source. The results of the test are displayed by a 4-bit digital tube connected to the circuit. The test method of this digital frequency meter can accurately measure the low and middle frequency, and the error is no more than 3 Hz.

Keywords: AT89C51 ;NE555 ;Frequency Counter

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1背景意义 1

1.2 数字频率计简介 1

1.3数字频率计的基本原理 2

1.4 常用的检测频率方法 2

1.4.1响应测量法 2

1.4.2比较测量法 2

1.5频率计发展的现状 3

1.6 Proteus软件介绍 3

1.7 AT89C51介绍 3

1.8 N555介绍 3

第二章 硬件电路及软件设计 4

2.1频率计的系统设计流程 4

2.2 设计思路 4

2.3 频率计的电路图设计 5

2.4 频率计的电路图 5

2.5 软件设计流程图 5

2.6 源程序设计 6

2.7 KeilC51软件的使用 7

第三章 系统的调试与仿真 9

3.1 555方波信号产生电路 9

3.2 Proteus软件中.HEX文件的选择 9

3.3 用Proteus进行频率计的仿真 10

3.4 仿真结果的分析 11

3.5 仿真结果截图 12

第四章 减小误差及优化拓展 14

4.1 减小误差措施 14

4.2 功能拓展 14

（1）设计预处理电路部分 14

4.3 功能上的完善 14

4.3.1 增加键盘控制 14

4.3.2 实现自动量程转换 14

4.4 第二种设计方法的简略补充 15

4.4.1 设计框架 15

4.4.2 仿真图 15

4.4.3 简述原理 16

4.4.4 仿真结果及分析 17

第五章 总 结 19

致 谢 20

参考文献（Reference） 21

附 录 22

绪 论

1.1背景意义

在二十一世纪半导体科技发展日新月异的今天，我国的嵌入式系统得到了广泛的使用和长足的发展。如今，无论是路边随处可见的红绿灯，超速检测系统，还是逐渐普及化的智能家居系统，更不同提手机，平板电脑等等我们一刻也离不开的智能设备都有着嵌入式系统和单片机的身影。不同于其他系统设计需要的高昂成本，如今的单片机系统在拥有繁多全面功能的同时造价成本却在不断下降。这样，从业者在进行嵌入式系统设计应用时首选的方案就是通过挑选合适的单片机系统进行试验。同时，较低的价格门槛不断吸引着许多对嵌入式系统感兴趣的新人参与嵌入式系统的设计工作中来。

传统的单片机操作系统对仪器设备需要较多的要求，诸如仿真器、编程器、示波器等各种精密且昂贵的电子设备，并且整体的开发过程也较繁琐。英国公司设计出的Proteus软件则极大程度地解决了如上的问题。在Proteus仿真软件中，我们可以灵活地挑选我们需要的诸如各个型号的单片机，示波器等等芯片来进行仿真实验，不仅如此，通过这个软件我们还可以在电脑上极其方便地对进行所要设计系统的原理图进行设计，亦可以进一步对代码进行调试和仿真，即使手头没有实际的开发板等设备，也可以模拟出一个极其类似实际的开发环境。极大地减小了我们需要进行嵌入式设计及研发的繁杂的现实条件，且能够激发从业者的创新兴趣，我们可以通过软件灵活对需要完成的设计进行各个方法的测试，经过实际测量精度和实际造价成本等多个方面比较，选择出综合性价比最高的嵌入式设计。

利用单片机进行嵌入式系统的设计是目前主流的一种嵌入式设计方法，其普遍的设计思路是由硬件设计和编程设计两方面组成, 其测试过程多分为软件、硬件、系统三个大方面的调试。但是如使用拟仿真软件——Proteus，从业人员则不用制作具体的电路板也能够完成以上工作。在具体焊接电路以前,采用软件仿真，可以大大的增加工作效率，节约经济成本。

1.2 数字频率计简介

频率是电子科研方向的一个广泛使用的基本参数，并且也是需要我们重视的一个数据。因此，频率测量已成为电子科学测量方向最基础最重要的测量之一。 随着我国科研能力的不断发展提高，人们对各种生活接触到的科技产品的要求也有了相应的提高，数字电子产品越来越普及。频率计作为一种从业人员常用到的基础测量设备，无论是在进行基础实验学的各大高校实验室和个人嵌入式系统研发工作室还是在高端的国家级科研工作室和航天航空方面的研究室都可以找到其工作的身影。数字频率计的优点有大小适宜、便携；所含功能较为完善、精准度高等优点所以无论是在当代各个嵌涉及入式系统研究的实验室里还是预期将来的嵌入式实际开发研究中都离不开数字频率计的工作。甚至在将，数字频率计可能会拥有更多种的实际使用功能，给我们的嵌入式系统开发创造出更大程度的便利环境。例如，可以将最基础的数字频率计略作调整和功能的附加，制成包含对可以对实时频率进行测量，并且可以测量出占空比，周期等更多的精准实验数据的新型多功能测量仪器。更可以把数字频率计和嵌入式设计中常见的数据测量一起结合起来，造出种种精密仪器，应用于航天航空嵌入式研究中，对各种复杂苛刻的环境下的实验数据进行测量和收集；应用于对精度要求较高的智能设备上，对实时频率进行精准的测量；应用于传统机械设备上，对机器所产生的噪音频率进行测量、对比，从而实现实时对机械设的安全监测。数字频率计的不断发展功能的不断创新。有利于使其适用于更多的环境及拥有更大程度的可实用性。

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