论文总字数：19858字

摘 要

在电子技术领域，频率是最基本也是最重要的参数之一。本设计基于AT89C51单片机设计了一款能够对信号频率进行准确测量的数字频率计。该系统主要由单片机控制模块、电源模块、调理整形模块和LED显示模块组成。被测信号经信号调理电路、整形电路进行放大与整形送入单片机系统，单片机系统通过定时器、计数器对信号源波形进行脉冲计数，将得到的频率数据在LED数码管进行显示。本频率计的测量范围为：1HZ—200KHZ

能够根据输入信号按2KHz、20KHz、200KHz三种档位自动切换量程。

关键词：单片机，数字频率计，信号调理

Abstract: In the field of electronic technology, frequency is one of the most basic and most important parameters. This design is based on AT89C51 designed a can carry on the accurate measurement to the signal frequency of the digital frequency meter. The system is mainly composed of single chip microcomputer control module, power module, control of plastic module and LED display modules. Measured signal amplified by signal conditioning circuit, shaping circuit and plastic into single chip microcomputer system, single chip microcomputer system by timers, counters to pulse count, the signal waveform will get the frequency of the data in the LED digital tube display. This frequency meter measuring range is: 1 HZ - 200 KHZ

According to the input signal by 2 KHZ, 20 KHZ, 200 KHZ three gear automatic switching range.

Key words: single chip microcomputer, digital frequency meter, signal disposal

目 录

1 引言 4

2 系统总体设计方案 4

2.1 设计要求 4

2.2 设计思路 5

2.3 设计方案与选择 5

2.4 方案论证 6

2.5 方案选择 6

3 系统硬件设计 6

3.1 单片机控制电路模块设计 7

3.1.1 功能引脚说明 8

3.2电源电路模块设计 10

3.3 放大整形电路模块设计 12

3.4 显示电路模块设计 12

3.5 系统整机电路 13

4 系统软件设计 13

4.1 Keil与Protues 13

4.2 软件的介绍 14

4.3 软件仿真 14

4.4 软件仿真与调试 15

5 硬件的仿真 15

5.1 电源电路的仿真 15

5.2 放大整形电路的仿真 17

5.3 单片机电路的仿真 18

总结 21

参考文献 22

致谢： 23

附件 程序清单 24

1 引言

由于科学技术的发展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速发展，频率计的研究和应用越来越受到重视，对频率测量设备的要求也越来越高。当前的微处理器芯片发展迅速，出现诸如DSP、FPJA等不同领域的应用芯片。单片机是一门发展极快，应用方式极其灵活的技术。它以设计灵活、功耗低微、成本低，被广泛的应用于数据采集、过程控制、模糊控制、智能仪表等领域，大大的提高了这些领域的技术水平和自动化程度。

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。该数字测量仪器是一种用十进制数字显示被测信号频率的。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，因为显示用的十进制数，要求测量迅速，精确度高，显示直观，所以经常用到频率计。

51系列单片机是一种8位单片机是目前国内应用最广泛的单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出被普遍接受及应用。51系列及其衍生单片机还会在嵌入式系统产品的低端市场占据很长一段时间，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、工作原理及使用是非常重要的。

本毕业设计的内容是使用AT89C51单片机最小系统设计频率计系统，系统以单片机为主控单元，主要用测量正弦波、方波、三角波等多种波形信号频率。

2 系统总体设计方案

本设计是在学过单片机技术和C语言的基础上，设计的一种量程自动切换数字式频率计数器。测量正弦信号、方波信号、三角波信号是它的基本功能。本设计讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、以及对它们的仿真调试、对调试结果的分析，最终得到实验结果。

因为数字电路的飞速发展和集成电路的遍及，所以计数器的使用很广泛。用电子技术器测量频率拥有精度高，显示醒目直观，测量快捷，以及便于实现测量过程自动化等一系列杰出优点，所以该方法是当前最佳的。

2.1 设计要求

利用电源、单片机、放大整形电路及LED数码管显示等模块，设计一个简易的能够较精确的测量出被测信号的频率的频率计。

参数要求如下：

1．测量范围为：1HZ—200KHZ；

2．用四位数码管动态显示测量值；

3．能根据输入信号按2KHz、20KHz、200KHz三种档位自动切换量程；

4. 能测量正弦波、方波、三角波等多种波形信号的频率值。

2.2 设计思路

经常使用的频率测量方法主要有两种：直接测量法和间接测量法（即测周期法）。因为直接测量法在低频段的相对测量误差较大，它往往用于测量高频信号；测周期法在高频段的相对于低频段测量误差较大，更适合于测量低频信号。因为本次设计的实际测量范围在1Hz～200KHz左右，所以主要测量在低频段，且单片机的程序运算功能，频率为周期的倒数，这样使得频率测量与周期测量可以互通，故此次设计采用间接测量法（测周期法）。

2.3 设计方案与选择

方案一：本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图2-1所示：

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