王麗琴，史 航

（1.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州213000；2.江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州213000）

1 數(shù)字頻率計的工作原理

以單片機STC89C52為核心，采用倍頻法，根據(jù)頻段設(shè)置倍頻系數(shù)將經(jīng)放大、整形的低頻信號進行倍頻后再進行測量，高頻段則直接測量用定時、計數(shù)的方法測量頻率，采用一個2個四位共陰的數(shù)碼管顯示6位數(shù)。測量范圍從500Hz-1MHz的正弦波、方波的頻率測量。

數(shù)字頻率計的工作過程為：被測信號fx經(jīng)脈沖電路整形，變成脈沖波形，其周期Tx與被測信號的周期相同。實際電路輸出標(biāo)準(zhǔn)時間信號，設(shè)其高電平持續(xù)時間為1s，則計數(shù)器的計數(shù)時間就為1s，計數(shù)器計得的脈沖數(shù)N就是被測信號的頻率。邏輯控制單元的作用有兩個：其一，產(chǎn)生清零脈沖，使計數(shù)器每次從零開始計數(shù)；其二，產(chǎn)生鎖存信號，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定不變。

2 頻率計的硬件電路設(shè)計

本頻率計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心元器件是單片機STC89C52，由它完成對待測信號頻率的計數(shù)和結(jié)果顯示等功能，外部還要有分頻器、顯示器等器件?？煞譃閹讉€模塊：放大整形模塊、分頻模塊、單片機系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示模塊。

（1）放大整形模塊。在本次設(shè)計中，輸入信號的幅度要求為0.5V-5V可變時，所測的頻率變化范圍不得大于1%。又因后級電路使用了電壓比較器LM339N，在反向輸入信號采用分壓方式固定了一個2.5V的門限電壓?，F(xiàn)在要解決的問題就是將低于2.5V的輸入小信號進行放大，使信號的幅度低于2.5V以下時，其頻率不變。采用脈沖數(shù)倍頻測頻法，通過A倍頻，把待測信號頻率放大A倍，以提高測量精度。先將輸入信號經(jīng)過一個放大電路，放大電路的主要作用是把微弱的電信號放大到負載所需的數(shù)值。當(dāng)輸入信號為正弦波、三角波等多種波形，我們要將各種輸入波形轉(zhuǎn)化成計數(shù)所能用到的方波脈沖波，即此電路為信號整形電路，本文用了一個電壓比較器LM339N實現(xiàn)信號的整形。

（2）分頻模塊。本設(shè)計的頻率范圍為1Hz-10MHz，頻率在1Hz-999999Hz內(nèi)，六位數(shù)碼管可顯示，當(dāng)頻率在999999Hz-10MHz時，數(shù)碼管不能夠正確顯示。這時需要將處于999999Hz-10MHz的頻率進行分頻，使測得的處于這段區(qū)域的頻率值精確的顯示在數(shù)碼管上。我們可進行16分頻即可解決問題。當(dāng)頻率為最大10M時，進過16分頻后等于625000，可以在數(shù)碼管上顯示。在輸入信號為單端的情況下，D觸發(fā)器用起來最為方便，其狀態(tài)方程為Qn+1＝Qn，其輸出狀態(tài)的更新發(fā)生在CP脈沖的上升沿，故又稱為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時鐘到來前D端的狀態(tài)，D觸發(fā)器的應(yīng)用很廣，可用作數(shù)字信號的寄存，移位寄存，分頻和波形發(fā)生等。有很多種型號可供各種用途的需求而選用。在此構(gòu)成16分頻電路選用了D觸發(fā)器。選用了SN74LS74AN的雙上升沿D觸發(fā)器構(gòu)成16分頻器。該電路由2片即4個上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器連接組成，使各D觸發(fā)器均處于計數(shù)狀態(tài)。分頻后，由于干擾及傳輸線路的分布電容等因素而使信號發(fā)生畸變，出現(xiàn)前、后沿變壞或信號電平波形上疊加脈動干擾波等現(xiàn)象。本文用一個施密特觸發(fā)器利用它的脈沖整形特性，就可以很好的解決干擾，得到一個方波送到單片機的定時器端。

（3）數(shù)碼管顯示電路。在設(shè)計中選用的是四位共陰數(shù)碼管，實現(xiàn)0-9的數(shù)字顯示，數(shù)碼管顯示驅(qū)動選用了高壓輸出驅(qū)動器SN7407N。

3 頻率計的軟件電路設(shè)計

方案主要應(yīng)用了89C52內(nèi)部的定時器、中斷、計數(shù)器和數(shù)據(jù)處理，其程序設(shè)計相應(yīng)軟件包括：主程序、數(shù)據(jù)處理、顯示主程序等。利用AT89C51單片機的T0、T1進行定時、計數(shù)功能，設(shè)置T0為外部計算器，T1為中斷定時器。完成對輸入的信號進行頻率計數(shù)，計數(shù)的頻率結(jié)果通過6位動態(tài)數(shù)碼管顯示出來。要求能夠?qū)?60HZ-1MHZ的信號頻率進行準(zhǔn)確計數(shù)，計數(shù)誤差不超過1%。

（1）定時器T0、計數(shù)器T1的工作原理。先對定時器T0、計數(shù)器T1進行初始化設(shè)置，對一秒內(nèi)的輸入脈沖進行計數(shù)，計數(shù)的個數(shù)即為頻率。T0為定時器工作方式，定時時間為1S，開中斷。將T1設(shè)為計數(shù)器工作方式，待測輸入脈沖從P3.5輸入。其計數(shù)器處置清零，即TH1=00H，TL1=00H.在1S定時到時，在T0中斷服務(wù)程序中，讀取TH1TL1中計數(shù)值到內(nèi)存中的頻率單元。隨后清零TH1TL1，以便下次讀數(shù)。

（2）顯示數(shù)據(jù)處理分析。在將內(nèi)存單元計得的數(shù)進行二-十進制轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，并拆為非壓縮BCD碼后送顯示緩沖區(qū)，調(diào)用顯示子程序，送數(shù)碼管延時顯示頻率值。

4 結(jié)語

數(shù)字頻率計以單片機STC89C52為核心，采用倍頻測量法，根據(jù)頻段設(shè)置倍頻系數(shù)將低頻輸入信號進過放大、整形、分頻后測量，高頻段用定時、計數(shù)的方法測量頻率，采用一個2個四位共陰的數(shù)碼管顯示6位數(shù)。測量范圍從500Hz-1MHz的正弦波、方波的頻率測量。所制作的頻率計需要外圍器件較少，適宜用于嵌入式系統(tǒng)。該頻率計應(yīng)用直接測量和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)頻率測量。