基于51單片機數(shù)字頻率計仿真設(shè)計（proteus仿真+程序+原理圖+參考報告+器件清單）

仿真圖proteus 8.9

程序編譯器：keil 4/keil 5

編程語言：C語言

設(shè)計編號:C0052

主要功能

由51單片機+信號輸入+74HC14整形電路+74HC390分頻電路+LCD1602顯示模塊+電源構(gòu)成。

1、能測出正弦波、三角波或方波等波形的頻率；

2、頻率的測量范圍為1Hz—12MHz，且能檢測幅度最小值為1Vpp的信號；

3、通過LCD1602液晶顯示屏顯示檢測到的即時頻率數(shù)值(最多8位數(shù)，單位為Hz)。

全部資料包括程序（注釋）、AD原理圖、protues仿真、參考論文、講解、資料使用介紹等。

任務(wù)書

數(shù)字頻率計是一種基本的測量儀器。它被廣泛應(yīng)用于航天、電子、測控等領(lǐng)域，還被應(yīng)用在計算機及各種數(shù)學(xué)儀表中。一般采用的是十進制數(shù)字，顯示被測信號頻率?；竟δ苁菧y量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變壞的物理量。由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速精確，顯示直觀，所以經(jīng)常被用來使用。

本文主要介紹數(shù)字頻率計的設(shè)計和調(diào)試，本作品是基于52單片機作為平臺，基本原理是通過52單片機進行頻率的采集和分析工作，在通過程序使其顯示在LCD1602的液晶顯示屏上，通過液晶顯示屏，讓使用者能夠直觀的看到當(dāng)前的輸入頻率是多少。

由于52單片機能處理的頻率信號強度有限，所以這次我們先用74HC390芯片對輸入的信號進行了分頻，使其降低了100倍，才送去給單片機處理，而且為了使1602液晶顯示屏能更好的兼容，在程序上我們做了三次初始化。

實物圖

仿真圖

? 在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的精確度是最高的，可達10至10數(shù)量級。因此，在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。

? 國際上數(shù)字頻率計的分類很多。按功能分類，因計數(shù)式頻率計的測量功能很多，用途很廣。所以根據(jù)儀器具有的功能，電子計數(shù)器有通用和專用之分。一、通用型計數(shù)器：通用型計數(shù)器是一種具有多種測量功能、多種用途的萬能計數(shù)器。它可測量頻率、周期、多周期平均值、時間間隔、累加計數(shù)、計時等；若配上相應(yīng)插件，就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，還可進行長度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測量。二、專用計數(shù)器：專用計數(shù)器指專門用來測量某種單一功能的計數(shù)器。如頻率計數(shù)器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計數(shù)器，是以測量時間為基礎(chǔ)的計數(shù)器，其測時分辨力和準確度很高，可達ns數(shù)量級；特種計數(shù)器，它具有特種功能，如可逆計數(shù)器、閾值計數(shù)器、差值計數(shù)器、倒數(shù)計數(shù)器等，用于工業(yè)和自控技術(shù)等方面。數(shù)字頻率計按頻段分類：①低速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率＜10MHz；②中速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率10—100MHz；③高速計數(shù)器：最高計數(shù)頻率＞100MHz；④微波頻率計數(shù)器：測頻范圍1—80GHz或更高。

原理圖

? 此次智能電子設(shè)計與制作實訓(xùn)本小組的題目為“數(shù)字頻率計的設(shè)計”，在仔細研究了題目要求并通過小組內(nèi)部積極細致的討論之后，決定作品采用的功能方案如下：①能測出正弦波、三角波或方波等波形的頻率。②頻率的測量范圍為1Hz—20MHz，且能檢測幅度最小值為1Vpp的信號；③通過LCD1602液晶顯示屏顯示檢測到的即時頻率數(shù)值(最多8位數(shù)，單位為Hz)。值得一提的是，當(dāng)輸入頻率大于20KHz的信號時，由于采用了100分頻采樣，顯示結(jié)果稍有誤差，如輸入最大測量頻率20MHz的信號時，LCD1602液晶顯示屏上顯示的測量結(jié)果為19998900HZ，誤差不超過十萬分之一，在可接受范圍之內(nèi)。

以下將以待測輸入信號走向為順序介紹電路中各個功能模塊。

信號采集模塊

為了有效防止因信號過小而造成的檢測障礙，在信號輸入處采用了三極管共射放大電路，如圖1.1所示。實際工作中，我們必須解決放大電路與信號源及放大電路與負載之間的耦合問題。一方面要求耦合電路能夠傳輸交流的輸入和輸出信號，傳輸過程中的信號損耗盡可能小；另一方面又要求信號源，放大電路、負載之間的直流工作狀態(tài)互補影響，即有“隔直”作用，電路的C1、C7就很好的解決了這個問題即固定偏置共射極放大器。集電極電壓通過基極偏置電阻R2使晶體管Je正偏；同時拖過R3使Jc反偏，從而實現(xiàn)信號源放大。

脈沖產(chǎn)生模塊

? 脈沖產(chǎn)生模塊采用74HC14實現(xiàn)了三次施密特觸發(fā)并反相，從圖1.2可以看出，來自信號采集模塊的經(jīng)過放大的信號從74HC14的1腳進入，經(jīng)過1A→1Y、2A→2Y和3A→3Y三次施密特觸發(fā)并反相最終將緩慢變化的輸入信號轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動的信號從6腳輸出。

分頻模塊

74HC390具有有八個主從觸發(fā)器和附加門以構(gòu)成兩個獨立的4位計數(shù)器，其中每個計數(shù)器皆包含兩個部分：“除2計數(shù)部分”和“除5計數(shù)部分”，每個計數(shù)器又有一個清除輸入和一個時鐘輸入。它可以實現(xiàn)等于2 分頻、5 分頻乃至100 分頻的任何累加倍數(shù)的周期長度，且可以連成十進制計數(shù)器或二-五進制計數(shù)器以分別實現(xiàn)兩種進制的數(shù)值輸出。由于每個計數(shù)級都有并行輸出，所以系統(tǒng)定時信號可以獲得輸入計數(shù)頻率的任何因子。

74HC390具有以下特點：

①A和B觸發(fā)器都有獨立的時鐘

②每個計數(shù)器都有直接清除

③有效提高系統(tǒng)密度

④緩沖輸出減小集電極轉(zhuǎn)換的可能性

程序

主要代碼

/----------------主函數(shù)--------------------
void main()
{ 
	unsigned char i;
	LCD_init();
	timer_init();             //定時/計數(shù)器初始化 
	for(i = 0;i<4;i++)
	{
	 	LCD_disp_char(i+0,1,character_1[i]);
	}
	while(1)
	{
		dis_num();         //顯示
		delay_1s();
	}
}
//-------------------定時/計數(shù)器初始化--------------
void timer_init(void)         //定時/計數(shù)器初始化
{ 
	TMOD=0x66;                //計數(shù)器0和計數(shù)器1工作工作方式2，自動重裝初值 
	TH0=0;                    //計數(shù)器初值為0
	TL0=0;
	TR0=1;                    //計數(shù)器開始計數(shù)	    
	ET0=1;                    //打開計數(shù)器0中斷   
	TH1=0;                    //計數(shù)器初值為0
	TL1=0;
	TR1=1;                    //計數(shù)器開始計數(shù)	    
	ET1=1;                    //打開計數(shù)器1中斷   
	RCAP2H=(65536-62500)/256; //在程序初始化的時候給RCAP2L和RCAP2H賦值， 
	RCAP2L=(65536-62500)%256; //TH2和TL2將會在中斷產(chǎn)生時自動使TH2=RCAP2H,TL2=RCAP2L。 
	TH2=RCAP2H;               //12M晶振下每次中斷62.5ms(1s=1000ms=62.5ms×16)
	TL2=RCAP2L;
	ET2=1;                    //打開定時器2中斷	 
	TR2=1;                    //定時器2開始計時  
	EA=1;                     //開總中斷   
} 
//------------------中斷函數(shù)----------------------
void timer2(void) interrupt 5 //定時器2中斷(62.5ms)
{
	time++;
	TF2=0;                    //定時器2的中斷標(biāo)志位TF2不能夠由硬件清零，所以要在中斷服務(wù)程序中將其清零
	if (time==16)             //定時1s時間到  
	{
	   time=0;                //計時清0
	   EA=0;                  //關(guān)中斷		 
	   fre=(long)count1*256+TL1;     //count*256強制轉(zhuǎn)換成long型，否則將不產(chǎn)生進位~先判斷分頻后(計數(shù)器1)
	   FLAG = 0; 
	  
	   if(fre<2000)//如果不到200KHz則讀取分頻前(計數(shù)器0)頻率(200K÷100=2000)
	   {
	   		fre = (long)count*256+TL0;
			FLAG = 1;          
	   } 
		if(!FLAG)
		{
			fre = fre *100;//100分頻
		}
	   TL0=0;                 //清零計數(shù)器0計數(shù)	    
	   TH0=0;
	   TL1=0;
	   TH1=0; 
	   count=0;               //清零計數(shù)器0計數(shù)	  
	   count1=0;
	   EA=1;                  //開中斷	    
	}
} 
//----------------------------------------------------------------
void timer0(void) interrupt 1 //計數(shù)器0中斷(100分頻前)	 
{
	count++;
}		
//----------------------------------------------------------------
void timer1(void) interrupt 3 //計數(shù)器1中斷(100分頻后) 
{
	count1++;
}

設(shè)計報告

全部參考資料

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