基于AT89S52单片机的频率计设计

简易频率计的设计

中 文 摘 要

频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。频率计主要是由信号输入和放大电路、单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。AT89S52单片机是频率计的控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。

在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现10Hz~2MHz的频率测量，而且可以实现量程自动切换流程。以AT89S52单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间，方便对频率计的测量。其待测频率值使用四位共阳极数码管显示，并可以自动切换量程，单位分别由红、黄、绿3个LED指示。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。

关键词：频率计；单片机；计数器；量程自动切换

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目录

第一章 前言 .............................................................................. 1 1.1频率计概述 ......................................................................... 1 1.2频率计发展与应用 ................................................................... 1 1.3频率计设计内容 ..................................................................... 1 第二章 系统总体方案设计 .................................................................. 2 2.1测频的原理 ......................................................................... 2 2.2总体思路 ........................................................................... 3 2.3具体模块 ........................................................................... 3 第三章 硬件电路具体设计 .................................................................. 5 3.1 AT89S52主控制器模块 ................................................................ 5

3.1.1 AT89S52的介绍 ................................................................. 5 3.1.2 复位电路及时钟电路 ............................................................. 5 3.1.3 引脚功能 ....................................................................... 6 3.1.4 单片机引脚分配 ................................................................. 8 3.2 电源模块 ........................................................................... 8 3.2.1 直流稳压电源的基本原理 ......................................................... 8 3.2.2 电源电路设计 .................................................................. 10 3.3放大整形模块 ...................................................................... 10 3.4 分频设计模块 ...................................................................... 11 3.4.1 分频电路分析 .................................................................. 11 3.4.2 74LS161芯片介绍 .............................................................. 12 3.4.3 74LS151芯片介绍 .............................................................. 13 3.4.4 分频电路 ...................................................................... 14 3.5 显示模块 .......................................................................... 14 3.5.1 数码管介绍 .................................................................... 15 3.5.2 频率值显示电路 ................................................................ 15 3.5.3 档位转换指示电路 .............................................................. 16 第四章 系统的软件设计 ................................................................... 17 4.1 软件模块设计 ...................................................................... 17 4.2 中断服务子程序 .................................................................... 18 4.3 显示子程序 ........................................................................ 19 4.4 量程档自动转换子程序 .............................................................. 20 4.5 应用软件简介 ...................................................... 错误！未定义书签。 4.5.1 Keil简介 ..................................................... 错误！未定义书签。 4.5.2 protues简介 .................................................. 错误！未定义书签。 第五章 频率计的系统调试 ................................................. 错误！未定义书签。 5.1 硬件调试 .......................................................... 错误！未定义书签。

5.1.1 电源模块调试 .................................................. 错误！未定义书签。 5.1.2整形模块调试 .................................................. 错误！未定义书签。

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5.1.3 分频模块调试 .................................................. 错误！未定义书签。 5.2 软件调试 .......................................................................... 21 5.2.1 Pouteus软件调试 .............................................................. 21 5.2.2 功能调试 ...................................................................... 21 5.3系统调试 .......................................................................... 22 5.3.1 系统软件调试 .................................................................. 22 5.3.2 系统软硬件调试 ................................................................ 23 5.4 误差分析 .......................................................................... 23 第六章 总结 ............................................................................. 23 参考文献 ................................................................ 错误！未定义书签。 致 谢 ................................................................... 错误！未定义书签。 附录 .................................................................... 错误！未定义书签。

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第一章 前言

频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。

1.1频率计概述

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。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。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，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点[1]。

1.2频率计发展与应用

在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以AT89S52为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要[2]。

1.3频率计设计内容

利用电源、单片机、分频电路及数码管显示等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。 参数要求如下：

1．测量范围10HZ—2MHZ； 2．用四位数码管显示测量值； 3．能根据输入信号自动切换量程；

4.可以测量方波、三角波及正弦波等多种波形；

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第二章 系统总体方案设计

2.1测频的原理

测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。被测信号，通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端[3]。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。若在一定的时间间隔T内累计周期性的重复变化次数N，则频率的表达式为式：

N fx= （1）

T图1说明了测频的原理及误差产生的原因。

时基信号 待测信号

丢失（少计一个脉冲） 计到N个脉冲 多余（比实际多出了0.x个脉冲）

图1 测频原理

在图1中，假设时基信号为1KHZ，则用此法测得的待测信号为1KHZ×5=5KHZ。但从图中可以看出，待测信号应该在5.5KHZ左右，误差约有0.5/5.5≈9.1%。这个误差是比较大的，实际上，测量的脉冲个数的误差会在±1之间。假设所测得的脉冲个数为N，则所测频率的误差最大为δ=1／（N-1）*100%。显然，减小误差的方法，就是增大N。本频率计要求测频误差在1‰以下，则N应大于1000。通过计算，对1KHZ以下的信号用测频法，反应的时间长于或等于10S，。由此可以得出一个初步结论：测频法适合于测高频信号。

N公式进行测频[4]。由于数字测量的离散性，被测频率在计数T器中所记进的脉冲数可有正一个或负一个脉冲的?1量化误差，在不计其他误差影响的情况

频率计数器严格地按照f=下，测量精度将为：

?(fA)?1N

2

应当指出，测量频率时所产生的误差是由N和T俩个参数所决定的，一方面是单位时间内计数脉冲个数越多时，精度越高，另一方面T越稳定时，精度越高。为了增加单位时间内计数脉冲的个数，一方面可在输入端将被测信号倍频，另一方面可增加T来满足，为了增加T的稳定度，只需提高晶体振荡器的稳定度和分频电路的可靠性就能达到。

上述表明，在频率测量时，被测信号频率越高，测量精度越高。

2.2总体思路

频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，频率的测量实际上就是在单位时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。本文介绍了一种基于单片机AT89S52 制作的频率计的设计方法,所制作的频率计测量比较高的频率采用外部十分频，测量较低频率值时采用单片机直接计数，不进行外部分频。该频率计实现10HZ~2MHZ的频率测量,而且可以实现量程自动切换功能，四位共阳极动态显示测量结果，可以测量正弦波、三角波及方波等各种波形的频率值。

2.3具体模块

根据上述系统分析，频率计系统设计共包括五大模块：单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块。各模块作用如下：

1、单片机控制模块：以AT89S52单片机为控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，和显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时／计数器完成待测信号周期／频率的测量。单片机AT89S52内部具有2个16位定时／计数器，定时／计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。(因为AT89C51所需外围元件少，扩展性强，测试准确度高。)

2、电源模块：为整个系统提供合适又稳定的电源，主要为单片机、信号调理电路以及分频电路提供电源，电压要求稳定、噪声小及性价高的电源。

3、放大整形模块：放大电路是对待测信号的放大，降低对待测信号幅度的要求。整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。

4、分频模块：考虑单片机外部计数，使用12 MHz时钟时，最大计数速率为500 kHz，因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。可用74161进行外部十分频。

5、显示模块：显示电路采用四位共阳极数码管动态显示，为了加大数码管的亮度，使用4个PNP三极管进行驱动，便于观测。

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综合以上频率计系统设计有单片机控制模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块等组成，频率计的总体设计框图如图2所示。

信号放大整形分频电路微控制器AT89S52数码管显示驱动电路图2 频率计总体设计框图

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5V电源

第三章 硬件电路具体设计

根据系统设计的要求，频率计实际需要设计的硬件系统主要包括以下几个部分：AT89S52单片机最小系统模块、电源模块、放大整形模块、分频模块及显示模块，下面将分别给予介绍。

3.1 AT89S52主控制器模块

3.1.1 AT89S52的介绍

8位单片机是MSC-51系列产品升级版[5]，有世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后，利用自身优势技术——（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的51内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如51F020等高性能单片机。

AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。

3.1.2 复位电路及时钟电路

复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位（图4）和手动复位（图5）。

图4 上电复位 图5 手动复位

有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位。

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3.1.3 引脚功能

所以本次设计选用手动复位。

GND:地；

VCC:电源电压；

陶瓷电容帮助起振。AT89S52单片机最小系统如图6所示。

高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多

的功能[6]。但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在

控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强

图6 单片机最小系统原理图

逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作

也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，

度准确度都有好处，本次设计选取12.000M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个30pF

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑

电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口

P0口用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻[7]。

P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL

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为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入和定时器/计数器2的触发输入，P1口功能具体如表1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

表1 P1口的第二种功能说明表

引脚号 P1.0 P1.1 P1.5 P1.6 P1.7 第二功能 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入)，时钟输出 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) MOSI(在系统编程用) MISO(在系统编程用) SCK(在系统编程用) P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，P3口功能如表2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

表2 P3口的第二种功能说明表

引脚号 P3.0 P3.1 P3.2 第二功能 RXD（串行输入） TXD (串行输出) INT0（外部中断0） 7

用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。 3.4.3 74LS151芯片介绍

数据选择端（ABC）按二进制译码，以从8个数据（D0-D7）中选取1个所需的数据。只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据。74LS151有互补输出端（Y、W），Y输出原码，W输出反码[13]。74LS151引脚如图13所示。

图13 74151管脚图

74LS151的功能如下表 所示。其中A、B、C 为选择输入端，D0-D7为 数据输入端，STROBE 为选通输入端（低电平有效），W为反码数据输出端，Y为数据输出端。

表5 74151功能表

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观。

3.4.4 分频电路

3.5 显示模块

根据以上分析，采用74LS161和74LS151设计分频电路如图14所示。

图15 分频电路原理图

显示模块由频率值显示电路和量程转换指示电路组成。频率值显示电路采用四位共阳极

测量。量程转换指示电路由红、黄、绿三个LED分别指示Hz、KHz及MHz档，使读数简单可

数码管动态显示频率计被测数值，使用三极管8550进行驱动，使数码管亮度变亮，便于观察

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3.5.1 数码管介绍

常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管，根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，可以判断使用的是何种接口类型[14].两种数码管内部原理如图16所示。

图16 两种数码管内部原理图

LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有1～2 mA，最大极限电流也只有10～30 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。 3.5.2 频率值显示电路

数码管电路设计不加三极管驱动时，数码管显示数值看不清，不便于频率值的测量与调试。因此加入三极管8550进行驱动数码管。使用4位数码管进行频率值显示，如果选择共阴极数码管显示，则需要8个三极管进行驱动，而采用共阳极数码管则需要4个三极管驱动，为了节约成本，因此选用共阳极数码管进行动态显示，具体数码管设计电路如图17所示。

图17 数码管显示电路

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3.5.3 档位转换指示电路

根据设计要求，采用红、黄、绿三个LED分别指示Hz、KHz及MHz档，根据被测信号的频率值大小，可以自动切换量程单位，无需手动切换，便于测量和读数，简单方便。具体设计的档位转换LED指示电路如图18所示。

图18 LED档位指示电路

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第四章 系统的软件设计

系统软件设计主要采用模块化设计，叙述了各个模块的程序流程图，并介绍了软件Keil和Proteus的使用方法和调试仿真。

4.1 软件模块设计

系统软件设计采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块，信号频率测量模块，自动量程转换和显示模块等模块组成。系统软件流程如图19所示。

频率计开始工作或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时／计数器的工作方式。定时／计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率[15]。

开始系统初始化频率测量频率是否超过1KHzY硬件十分频N计数器计数测频率值测量数据显示

图19 系统软件流程总图

首先定时／计数器的计数寄存器清0，运行控制位TR置1，启动对待测信号的计数。计数闸门由软件延时程序实现，从计数闸门的最小值（即测量频率的高量程）开始测量，计数闸门结束时TR清0，停止计数。计数寄存器中的数值经过数制转换程序从十六进制数转换为十进制数。判断该数的最高位，若该位不为0，满足测量数据有效位数的要求，测量值和量程信息一起送到显示模块；若该位为0，将计数闸门的宽度扩大10倍，重新对待测信号的计数，直到满足测量数据有效位数的要求。定时／计数器的工作被设置为定时器方式，定时／

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{ disp(); } }

void timer0() interrupt 1 { cnt++; if(cnt==tN) { regCnt=fCnt; //更新显示 fCnt=0; //频率计数清零 clear=0; //硬件分频器清零 clear=1; if(level==0) //档位切换 { pCnt=regCnt; if(regCnt>999) { pCnt=0; //显示清零 } } else if(level==1) { if(regCnt<1) { level=0; tN=20; //定时1s addr2=1; //不分频 } else if(regCnt<1000) //KHz档 { level=1; tN=1; //定时50ms addr2=0; //硬件分频处理 TH1=0xfb; //50分频 256-5 TL1=0xfb; //256-5 pCnt=regCnt*10; //换算成相应的显示：f=regCnt*100

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ledM=1; //显示KHz档 ledK=0; ledB=1; } else { level=2; //显示MHz档 ledK=1; ledB=1; } } else if(level==2) { if(regCnt<500) { level=1; tN=1; addr2=0; //显示KHz档 ledK=0; ledB=1; } else if(regCnt<5000) { level=2; tN=1; addr2=0; TH1=0xf6; TL1=0xf6; ledB=1; } else { level=3; ledM=1; ledK=1; ledB=1; } } ET1=1; TR1=1; }

TH0=0x3c; //KHz档 //定时50ms //分频 //定时50ms //分频 //100分频 256-10 //256-10 //超出范围 //全灭 //恢复外部计数1 //(65536-50000)/256;

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TL0=0xb0; //(65536-50000)%6; }

void enterFre() interrupt 3 //外部频率输入 {

fCnt++; }

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计数器的计数寄存器清0，在判断待测信号的上跳沿到来后，运行控制位TR置为1，以单片机工作周期为单位进行计数，直至信号的下跳沿到来，运行控制位TR清0，停止计数。16位定时／计数器的最高计数值为65535，当待测信号的频率较低时，定时／计数器可以对被测信号直接计数，当被测信号的频率较高时，先由硬件十分频后再有定时／计数器对被测信号计数，加大测量的精度和范围。

4.2 中断服务子程序

T0中断服务子程序流程如图20所示。测频时,定时器T0 工作在定时方式,每次定时50mS ,则T0 中断20 次正好为1秒,即T0用来产生标准秒信号,定时器T0 用作计数器,对待测信号计数,每秒钟的开始启动T0 ,每秒钟的结束关闭T0 ,则定时器T0 之值乘以分频系数就为待测信号的频率。

中断开始关外部计数器判断计数是否为1sY选择相应档位开外部计数器中断计数器装初值中断返回

图20 T0中断服务子程序

定时／计数器T1工作在计数方式, 对信号进行计数,计数器1中断流程图如图21所示。

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中断开始计数器加1中断开始

图21 计数器1中断服务子程序

4.3 显示子程序

显示子程序将存放在显示缓冲区的频率或周期值送往数码管上显示出来,由于所有4 位数码管的8 根段选线并联在一起由单片机的P2口 控制,因此,在每一瞬间4位数码管会显示相同的字符,要想每位显示不同的字符就必须采用扫描方法轮流点亮各位数码管,即在每一瞬间只点亮某一位显示字符,在此瞬间,段选控制口P2输出相应字符。由P0.0-P0.3逐位轮流点亮各个数码管, 每位保持1mS ,在10mS～20mS 之内再点亮一次,重复不止,利用人的视角暂留,好像4 位数码管同时点亮。数码管显示子程序流程如图22所示。

开始选择档位数据各位分离延时送数据显示结束

图22 显示子程序流程图

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4.4 量程档自动转换子程序

使用定时方法实现频率测量时，外部的待测信号通过频率计的预处理电路变成宽度等于待测信号周期的方波，该方波同样加至定时／计数器的输入脚（P3.5）。工作高电平是否加至定时／计数器的输入脚；当判定高电平加至定时／计数器的输入脚，运行控制位TR置1，启动定时／计数器对单片机的机器周期的计数，同时检测方波高电平是否结束；当判定高电平结束时TR清0，停止计数，然后从计数寄存器读出测量数据。由显示电路显示测量结果，根据测量结果判断，进行频率计比较后，进行档位的自动切换，具体档位自动切换流程图如图23所示。

开始测量频率值X判断X值X<1KHzN调用KHz档YX<1MHzN调用MHz档Y调用Hz档显示频率值结束 图23 量程档自动转换子程序

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5.2 软件调试

5.2.1 Pouteus软件调试

根据系统设计要求，进行Keil和Proteus系统仿真，不断调试程序，直到符合功能要求。Proteus总体仿真图29所示。

图29 频率计整体仿真图

5.2.2 功能调试

当测量频率值小于1KHz以下时，数码管显示频率值，并红色LED灯亮，作为Hz档单位指示。例如输入信号123Hz，仿真显示如图30所示。

图30 HZ档频率仿真

当测量频率值大于且等于1KHz并小于1MHz时，数码管显示频率值，并黄色LED灯亮，作为KHz档单位指示。例如输入信号456KHz，仿真显示如图31所示。

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图31 KHZ档频率仿真

当测量频率值大于1MHz时，数码管显示频率值，并绿色LED灯亮，作为MHz档单位指示。例如输入信号1.89MHz，仿真显示如图32所示。

图32 MHZ档频率仿真

经上述测试，基本功能都以实现，可以测出波形频率值，并可以自动切换量程单位，符合要求。

5.3系统调试

5.3.1 系统软件调试

经软件的调试—修改—再调试，如此反复，排除各种故障最终基本完成了设计所要求的任务。由单片机内部定时器／计数器构成基本测量电路，外加整形和分频电路，由系统软件设计可以测出1HZ-5MHZ的量程范围，可以实现量程档的自动转换，使用的动态显示测量时会出现闪烁现象，但显示数值准确，稳定时显示不闪烁。 软件仿真测量数据如下表6-8所示。

表6：HZ档的数据记录表 待测值（Hz） 测量值（Hz） 待测值（KHz） 测量值（KHz） 待测信（MHz） 测量值（MHz） 10 10 15000 15 1.123 1.122 50 50 55000 55 1.558 1.558 300 300 125000 125 1.789 1.788 22

450 450 225000 225 2.234 2.234 800 800 888 888 999 1000 925000 925 5.567 5.568 表7：KHZ档的数据记录表 425000 825000 425 825 3.345 3.346 4.456 4.458 表8：MHZ档的数据记录表

5.3.2 系统软硬件调试

软件系统测试只能测试方波信号，外加硬件整形电路，可以测试正弦波、三角波等各种波形的频率值，把各模块组合在一起，做成完整的频率计，实物图如图33所示。经过不断的软硬件联合调试，修改程序和硬件，最终符合设计功能要求。

图33 频率计实物图

为了衡量这次设计的频率计的工作情况和测量精度，我们对系统进行了调试。用这次设计的频率计对信号进行了测量，使用函数发生器输出各种波形，由实物频率计测得频率，记录数据。实际测得频率范围没有仿真结果那么高，只能稍微超过2MHz。实际记录数据如下表9-11所示。

表9：HZ档的数据记录表 待测值（Hz） 测量值（Hz） 待测值（KHz） 测量值（KHz） 待测信（MHz） 测量值（MHz） 10.3 10 15.26 15.3 1.123 1.123 28.9 29 33.28 33.3 1.318 1.318 268.7 269 60.12 60.2 1.727 1.728 324.8 325 161.75 162.0 1.805 1.806 490.6 491 308.8 309.0 1.956 1.957 678.3 678 470.7 470.9 2.012 2.013 978.8 979 912.1 912.4 2.889 测不出 表10：KHZ档的数据记录表 表11：MHZ档的数据记录表 5.4 误差分析

从记录的数据可以看出，系统软件仿真误差很小，在10Hz-2MHz范围内测量出来的频率基本上就是输入信号的频率，在超出这个范围后，才出现很小的误差。但是在硬件调试中，可能是由于标准元器件本身误差，如随着时间的延长，其值相比出厂时产生误差；造成测量结果没有软件仿真精确。同时手工焊接单片机最小系统、分频整形电路等也会带来一定的干扰，造成信号的失真，从而导致测量精度下降，测量范围有所缩小，但是可以看出，误差在

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允许范围内，所设计的电路基本符合要求。

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第六章 总结

毕业设计已经结束，通过这次设计，我受益匪浅。毕业设计是一次综合性的实践，它将各种知识结合到一起综合运用到实践上来扩展、弥补、串联所学的知识。通过本次毕业设计我得到了很多收获。首先，了解了单片机的基本知识和在控制领域的作用和地位。其次掌握了C语言的编写程序，学会了使用PROTUTES和KEIL的仿真来实现，同时掌握了如何收集、查阅、应用文献资料，如何根据实际需要有选择的阅读书籍和正确确定系统所要使用的元器件的类型。再次，在精神方面锻炼了思想、磨练了意志。面对存在的困难首先分析问题根据目的要求确定可实现的部分，定出那不准的方面找同学和老师讨论研究，再完善、再修改、再发现问题、再解决培养了自己的耐心、恒心及遇事不乱的精神。总之，我明白了理论和实践之间存在的距离只有靠不断的思考不断的动手才能将所学的知识真正运用到实践上来。在毕业设计中我的很多方面的能力都得到了提高，尤其在单片机软件编程方面让我感触颇深。我个人认为软件设计是个即灵活又细腻的工作，它要求耐心和细心去不断完善，同时还需要有良好的逻辑思维能力。通过这次毕业设计，我分析问题和解决问题的能力有所提高，也巩固了所学的知识，加深了对理论知识的理解，更重要的是锻炼自己的独立性，为我今后的工作和学习打下坚实的基础。

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附件3：频率计源程序

#include #define SegmentP2 #define sl P0

unsigned char cnt; //定时1s计数

unsigned char d[4]; //对应数码管的各位 unsigned char level; //档位

unsigned int tN; //不同档位计时值 unsigned int fCnt; //脉冲下降沿次数 unsigned int regCnt; //脉冲次数暂存 unsigned int pCnt; //频率显示

unsigned char Num[10]={00x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

void Delay(unsigned int DelayTime) { while(DelayTime--); }

void disp() { if(level==0) //B位档 { d[3]=0; d[2]=pCnt/100; d[1]=(pCnt0)/10; d[0]=pCnt; sl=0xfe;Delay(1);Segment=Num[d[3]];Delay(300); sl=0xfd;Delay(1);Segment=Num[d[2]];Delay(300); sl=0xfb;Delay(1);Segment=Num[d[1]];Delay(300); sl=0xf7;Delay(1);Segment=Num[d[0]];Delay(300); } else if(level==1) { d[3]=pCnt/1000; d[2]=(pCnt00)/100; d[1]=(pCnt0)/10; d[0]=pCnt; sl=0xfe;Delay(1);Segment=Num[d[3]];Delay(300); sl=0xfd;Delay(1);Segment=Num[d[2]];Delay(300); sl=0xfb;Delay(1);Segment=Num[d[1]]+0x80;Delay(300); 24

//带小数点

sl=0xf7;Delay(1);Segment=Num[d[0]];Delay(300); } else if(level==2) { d[3]=pCnt/1000; d[2]=(pCnt00)/100; d[1]=(pCnt0)/10; d[0]=pCnt; 0); } else { d[3]=0; d[2]=0; d[1]=0; d[0]=0; } }

void intial() { clear=1; //分频器初始化 a tN=20; //档位初始化为Hz档 level=0; ledM=1; //显示Hz档 ledK=1; ledB=0; TMOD=0x61; //定时器0，工作方式1，计数器1，工作方式2(8位自动重装) //开定时器0中断 ET0=1; //定时器0允许 TR1=1; //开计数器1中断 ET1=1; //允许计数器1中断 EA=1; //总中断允许 }

void main() { intial(); while(1)

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