51单片机数字频率计仿真设计

（proteus仿真+程序+原理图+参考报告+器件清单）

仿真图proteus 8.9

程序编译器：keil 4/keil 5

编程语言：C语言

设计编号:C0052

主要功能

由51单片机+信号输入+74HC14整形电路+74HC390分频电路+LCD1602显示模块+电源构成。

1、能测出正弦波、三角波或方波等波形的频率；

2、频率的测量范围为1Hz—12MHz，且能检测幅度最小值为1Vpp的信号；

3、通过LCD1602液晶显示屏显示检测到的即时频率数值(最多8位数，单位为Hz)。

全部资料包括程序（注释）、AD原理图、protues仿真、参考论文、讲解、资料使用介绍等。

任务书

数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用于航天、电子、测控等领域，还被应用在计算机及各种数学仪表中。一般采用的是十进制数字，显示被测信号频率。基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变坏的物理量。由于其使用十进制数显示，测量迅速精确，显示直观，所以经常被用来使用。

本文主要介绍数字频率计的设计和调试，本作品是基于52单片机作为平台，基本原理是通过52单片机进行频率的采集和分析工作，在通过程序使其显示在LCD1602的液晶显示屏上，通过液晶显示屏，让使用者能够直观的看到当前的输入频率是多少。

由于52单片机能处理的频率信号强度有限，所以这次我们先用74HC390芯片对输入的信号进行了分频，使其降低了100倍，才送去给单片机处理，而且为了使1602液晶显示屏能更好的兼容，在程序上我们做了三次初始化。

实物图

仿真图

​ 在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的，可达10至10数量级。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高精确度。

​ 国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。一、通用型计数器：通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。二、专用计数器：专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为基础的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、阈值计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和自控技术等方面。数字频率计按频段分类：①低速计数器：最高计数频率＜10MHz；②中速计数器：最高计数频率10—100MHz；③高速计数器：最高计数频率＞100MHz；④微波频率计数器：测频范围1—80GHz或更高。

原理图

​ 此次智能电子设计与制作实训本小组的题目为“数字频率计的设计”，在仔细研究了题目要求并通过小组内部积极细致的讨论之后，决定作品采用的功能方案如下：①能测出正弦波、三角波或方波等波形的频率。②频率的测量范围为1Hz—20MHz，且能检测幅度最小值为1Vpp的信号；③通过LCD1602液晶显示屏显示检测到的即时频率数值(最多8位数，单位为Hz)。值得一提的是，当输入频率大于20KHz的信号时，由于采用了100分频采样，显示结果稍有误差，如输入最大测量频率20MHz的信号时，LCD1602液晶显示屏上显示的测量结果为19998900HZ，误差不超过十万分之一，在可接受范围之内。

以下将以待测输入信号走向为顺序介绍电路中各个功能模块。

信号采集模块

为了有效防止因信号过小而造成的检测障碍，在信号输入处采用了三极管共射放大电路，如图1.1所示。实际工作中，我们必须解决放大电路与信号源及放大电路与负载之间的耦合问题。一方面要求耦合电路能够传输交流的输入和输出信号，传输过程中的信号损耗尽可能小；另一方面又要求信号源，放大电路、负载之间的直流工作状态互补影响，即有“隔直”作用，电路的C1、C7就很好的解决了这个问题即固定偏置共射极放大器。集电极电压通过基极偏置电阻R2使晶体管Je正偏；同时拖过R3使Jc反偏，从而实现信号源放大。

脉冲产生模块

​ 脉冲产生模块采用74HC14实现了三次施密特触发并反相，从图1.2可以看出，来自信号采集模块的经过放大的信号从74HC14的1脚进入，经过1A→1Y、2A→2Y和3A→3Y三次施密特触发并反相最终将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的信号从6脚输出。

分频模块

74HC390具有有八个主从触发器和附加门以构成两个独立的4位计数器，其中每个计数器皆包含两个部分：“除2计数部分”和“除5计数部分”，每个计数器又有一个清除输入和一个时钟输入。它可以实现等于2 分频、5 分频乃至100 分频的任何累加倍数的周期长度，且可以连成十进制计数器或二-五进制计数器以分别实现两种进制的数值输出。由于每个计数级都有并行输出，所以系统定时信号可以获得输入计数频率的任何因子。

74HC390具有以下特点：

①A和B触发器都有独立的时钟

②每个计数器都有直接清除

③有效提高系统密度

④缓冲输出减小集电极转换的可能性

程序

主要代码

/----------------主函数--------------------
void main()
{ 
	unsigned char i;
	LCD_init();
	timer_init();             //定时/计数器初始化 
	for(i = 0;i<4;i++)
	{
	 	LCD_disp_char(i+0,1,character_1[i]);
	}
	while(1)
	{
		dis_num();         //显示
		delay_1s();
	}
}
//-------------------定时/计数器初始化--------------
void timer_init(void)         //定时/计数器初始化
{ 
	TMOD=0x66;                //计数器0和计数器1工作工作方式2，自动重装初值 
	TH0=0;                    //计数器初值为0
	TL0=0;
	TR0=1;                    //计数器开始计数	    
	ET0=1;                    //打开计数器0中断   
	TH1=0;                    //计数器初值为0
	TL1=0;
	TR1=1;                    //计数器开始计数	    
	ET1=1;                    //打开计数器1中断   
	RCAP2H=(65536-62500)/256; //在程序初始化的时候给RCAP2L和RCAP2H赋值， 
	RCAP2L=(65536-62500)%256; //TH2和TL2将会在中断产生时自动使TH2=RCAP2H,TL2=RCAP2L。 
	TH2=RCAP2H;               //12M晶振下每次中断62.5ms(1s=1000ms=62.5ms×16)
	TL2=RCAP2L;
	ET2=1;                    //打开定时器2中断	 
	TR2=1;                    //定时器2开始计时  
	EA=1;                     //开总中断   
} 
//------------------中断函数----------------------
void timer2(void) interrupt 5 //定时器2中断(62.5ms)
{
	time++;
	TF2=0;                    //定时器2的中断标志位TF2不能够由硬件清零，所以要在中断服务程序中将其清零
	if (time==16)             //定时1s时间到  
	{
	   time=0;                //计时清0
	   EA=0;                  //关中断		 
	   fre=(long)count1*256+TL1;     //count*256强制转换成long型，否则将不产生进位~先判断分频后(计数器1)
	   FLAG = 0; 
	  
	   if(fre<2000)//如果不到200KHz则读取分频前(计数器0)频率(200K÷100=2000)
	   {
	   		fre = (long)count*256+TL0;
			FLAG = 1;          
	   } 
		if(!FLAG)
		{
			fre = fre *100;//100分频
		}
	   TL0=0;                 //清零计数器0计数	    
	   TH0=0;
	   TL1=0;
	   TH1=0; 
	   count=0;               //清零计数器0计数	  
	   count1=0;
	   EA=1;                  //开中断	    
	}
} 
//----------------------------------------------------------------
void timer0(void) interrupt 1 //计数器0中断(100分频前)	 
{
	count++;
}		
//----------------------------------------------------------------
void timer1(void) interrupt 3 //计数器1中断(100分频后) 
{
	count1++;
}
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设计报告

全部参考资料

资料下载链接