摘 要

随着电力电子技术的飞速发展，作为最基本的参数——频率与人们的生产生活息息相关，因此频率的测量就显得十分重要。然而传统的频率计存在着测量范围小、测量速度慢、稳定性低、功能单一等缺点，显然不能满足现如今人们对频率测量的要求。

本课题的主要研究内容是设计一个基于单片机的数字频率计，测量范围为0hz-200Mhz，频率分辨率10的负10次幂。本次设计主要采用的是数字电路技术的基础知识、单片机控制技术和C语言编程技术，主要从硬件和软件两部分对频率计的实现进行了理论分析。

硬件部分：本文给出了完整的硬件电路设计方案，其中包括用于计数的单片机模块、将高频信号变为低频信号的分频模块、将非方波信号整形为方波的整形模块、用于显示频率值的显示模块以及为电路提供VCC的电源模块，然后基于proteus进行了仿真，仿真结果证明硬件电路完全正确。

软件部分：程序的设计采用了基于C51单片机环境下的C语言，本文在第4章给出了程序运行的流程框图并分初始化模块、中断模块和显示模块详细阐述了软件的设计思路和实现，在本文的附录部分给出了完整的程序。

最后，本文还展示了本次设计基于Proteus7.8的完整电路模拟仿真结果以及仿真成功后在洞洞板上焊接的实物电路上电测试结果，实物测试结果说明在现有实验条件下，本次设计能够满足实验要求，较为成功。

关键字：单片机 频率计 C语言 proteus仿真

ABSTRACT

With the rapid development of power electronics technology, as the most basic parameters - the frequency and people's production and life are closely related, so the frequency measurement is very important. However, the traditional frequency meter there is a small measurement range, measurement speed is slow, low stability, single function and other shortcomings, obviously can not meet today's people on the frequency measurement requirements.

The main research content of this project is to design a digital frequency meter based on the single chip, the measurement range is 0hz-200Mhz, the frequency resolution of 10 negative power. This design is mainly used in the basic knowledge of digital circuit technology, microcontroller control technology and C language programming technology, mainly from the hardware and software parts of the realization of the frequency meter for a theoretical analysis.

Hardware part: This paper gives a complete hardware circuit design, including the microcontroller module for counting, the high-frequency signal into a low-frequency signal frequency module, the non-square wave signal shaping square wave shaping module, In the display frequency of the display module and the circuit to provide VCC power module, and then based on proteus simulation, the simulation results show that the hardware circuit is completely correct.

The software part: The program is designed based on the C language in the C51 single-chip environment. In the fourth chapter, the flow chart of the program is given and the initialization module, the interrupt module and the display module are described in detail. The software design idea and implementation are described in detail. A complete procedure is given in the appendix section of this article.

Finally, this paper also shows the design of this algorithm based on Proteus7.8 complete circuit simulation results and simulation success in the hole board welding on the physical circuit power test results, physical test results show that under the existing experimental conditions, this design can meet the experimental requirements,and it is successful.

Key words: SCM Frequency meter C language Proteus simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 数字频率计的发展及其国内外的现状 1

1.2.1 数字频率计的发展 1

1.2.2 数字频率计国内外研究现状 2

1.3 课题研究目的及意义 3

第2章 设计方案 4

2.1 设计要求 4

2.2 数字频率计设计的几种方案 4

2.3 本次设计采用的方案 5

第3章 系统硬件设计 6

3.1 频率计方案概述 6

3.2 单片机模块 6

3.2.1 单片机的选择 6

3.2.2 AT89S52引脚介绍 7

3.2.3 单片机外部晶振电路 9

3.2.4 单片机复位电路 10

3.3 分频模块 11

3.3.1 CD4017 11

3.3.2 分频电路 12

3.4 整形模块 13

3.4.1 过零比较器 13

3.4.2 LM311 13

3.4.3 TLV3501 14

3.5 显示模块 15

3.6 电源模块 16

第4章 系统软件设计 18

4.1 软件实现原理 18

4.2 初始化模块 20

4.3 中断模块 21

4.4 数码管显示模块 22

第5章 Proteus仿真和实物测试 25

5.1 proteus仿真 25

5.2实物测试 29

第6章 结论 32

参考文献 33

附录A：单片机程序 34

附录B：自定义头文件 40

附录C：主电路硬件图 42

附录D：电源模块硬件图 43

致谢 44

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

频率的测量在当今社会中意义重大，从电动机到电子通信，从转速测量到自动控制，作为最基本的电子器件，频率计的用途几乎渗透到了人们日常生活生产的每个角落。

传统频率计一般是由简单的逻辑电路搭建而成，这种频率计运行速度缓慢，功能单一，可拓展功能少，测量范围小。但是随着电力电子技术的飞速发展，功能更强大，性能更稳定的大规模集成电路渐渐取代了各类分立电子元件以及其所构成的作用单一的功能模块。如今通过集成芯片和一些外围电路就能做到对各类设备的自动调控、自动测量、自动显示。各类功能全面的微处理器加上灵活多变的软件设计更是让当今的电子产品不断趋于智能化、自动化、微型化。在此背景下，数字频率计已经渐渐替代传统频率计成为主流。

数字频率计相对于传统频率计而言有着体积更小、测量范围更广、分辨率更高、精度更大、功能更全面等优点。除了测量频率外，数字频率计还可以测量许多其他的物理量，比如转速、流量、压力、位移等，总而言之，凡是通过传感器转换成信号频率的量都可以通过数字频率计来测量。

综上可以看出频率计的使用与我们息息相关，数字频率计的发展符合未来电子产品智能化、微型化、集成化等发展趋势，因此本课题具有很高的应用价值。

1.2 数字频率计的发展及其国内外的现状

1.2.1 数字频率计的发展

在电力电子与数字技术发展的过程中，频率一直都是最基本的参数之一，频率的大小变化同人们的日常生活息息相关，因此频率的测量就显得十分重要。上个世纪50年代数字技术逐渐成熟，各类新型数字测量设备开始取代传统的模拟测量设备，这一改变使得测量的精度、速度等指标得到了质的提升。进入60年代，测量技术再度获得飞跃，计算机的使用令当时的各类测量设备功能产生了翻天覆地的变化，从原先单一的接收、显示转变为接收、显示、计算、分析、控制、输出等多种功能。70年代时，电脑的飞速发展以及数据域的提出使得人们摆脱测量设备必须在时域和频域上运作的传统思想观念，即现在提出的云数据的雏形。80年代，各类微型CPU的出现让测量设备开始往自动化、集成化、微型化的方向发展，比如键盘开始替代传统的旋转度盘或滑动开关，机柜也成了各类测量设备的主要存在形式，除此之外，C语言、汇编等语言的出现，让个人测量仪器开始得到发展，市场上的各种测量设备也渐渐的开始由企业、厂房专用转向个人、家庭使用。90年代，微电子技术的进步、DSP芯片的大量问世、微型机的快发发展、图像处理技术的成熟等等使得测量技术和仪器仪表再次取得重大突破。进入21世纪，人们提出软件吞噬世界（software is eating the world）的口号，软件技术的发展使得在原有硬件基础上的仪器仪表更加的智能化、自动化、集成化、微型化。上述测量设备的发展历程同样映射了频率计的发展历程。