基于单片机的频率计设计

摘 要：本文设计了一种基于单片机的数字频率计。该数字频率计利用单片机内部的定时寄存器，配合相应的前置信号处理电路、接口电路以及相应的软件，测试周期信号频率，具有一定的参考意义。

关键词：单片机 数字 频率计

The Design of Digital Cymometer Based on Microcontroller

yue liang

（Chong qing College of ElectronicEngineering，Chongqing，401331，China）

Abstract：A digital cymometer based on microcontroller is introduced in this paper.Using timer register in the single chip computer， with the corresponding signal processing circuit，peripheral interface circuit and corresponding software，the digital cymometer test the frequency of cycle signal，which has the certain reference significance.

Key Words：Microcontroller；Digital；Cymometer

中图分类号：TP36 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0008-02

频率测量在电子领域是一个常见而重要的手段。在传统的生产制造中，频率计被广泛应用在于生产测试中[1]。例如可以通过使用频率计迅速发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准[2]。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。数字频率计的设计方案有多种：专用集成芯片、单片机、DSP、CPLD、FPGA等等都可以用来设计数字频率计。在本次设计中我们采用单片机来实现数字频率计。虽然直接用单片机设计的数字频率计测试范围不大，测试范围只能达到几百kHz左右，用CPLD可以做到几百MHz的测试范围，不过单片机可以扩展，经过扩展后还是可以达到比较理想的测试范围。而且单片机的性价比较高，对于一些对某些参数要求不是很高的场合可以得到很广的应用[3]。

1 硬件电路设计

频率计的设计框图（如图1）。

频率是单位时间内周期信号的发生次数，时间闸门开启时间内，被测信号经放大整形后通过闸门进入计数器，进行计数，时间闸门关闭时，计数器停止计数。本设计采用51系列单片机内的定时寄存器作为时间闸门，所测得的频率f为，Tg为闸门开放时间，同时又利用51系列单片机内的计数器可以得到计数值N。

在测量频率时，用89C51的定时/计数器T0和辅助软件计数器产生时间基准信号Tg而用定时/计数器T1加上外扩计数单元作为被测信号的计数器[4]。

信号经施密特芯片整形为脉冲信号之后，分为两支，其中一支送入74LS161扩展计数器分频，经二选一电路送入单片机。二选一电路两个输入分别为原信号和经74LS161分频后的信号。当计数脉冲值小于500 KHz时，选通原信号；当计数脉冲值大于500 KHz时选通分频后的信号。其他同上。只是在显示脉冲值时有所差别，当数脉冲值在到1 M之间时，表示KHz单位的发光二极管（接P1.1）亮；计数脉冲值在1M到9.99 MHz之间时，示MHz单位的发光二极管（接P1.0）亮；计数脉冲在99.99 MHz以上时，溢出发光二极管（接P3.7）亮。频率显示后，延时一定时间，显示该频率的周期。输入信号从T1脚接人单片机，T0作定时器，即以内部周期周期为基准时钟（1 us），当上升沿到来时开始定时，下降沿到来时停止定时，读取T0值及辅助定时器值及为正脉冲宽度；同理，当下降沿到来时启动定时器，T0开始定时，当上升沿到来时关闭定时器，读取T0值及辅助定时器值即为负脉冲宽度。正脉宽与负脉宽之和即为周期。当周期在1000 us以下时，直接以us为单位显示，表示单位的二极管亮（与频率测量时Hz档为同一二极管）；当周期在1000 us与1s之间时，以ms为单位显示，表示单位ms的二极管亮（与频率测量时kHz档为同一二极管）；当周期大于1 s时以s为单位显示，表示s单位的二极管亮（与频率测量时MHz档为同一二极管）。

2 软件设计

软件部分主要完成定时、计数、十六进制转化成BCD码显示的功能，总体流程如（图2）。

3 结语

经过测试，方波在输入信号的幅值为4.2 V时，频率10～465 kHz的相对误差小于5%，1～10 Hz的绝对误差小于0.5 Hz，0～1 Hz的绝对误差小于0.05 Hz。正弦波在输入信号的幅值为3.5 V时，频率10～465 kHz的误差小于5%，符合设计要求。因此所设计的频率计，结构简单，功能实用，对各种周期信号都可以精确测量。

参考文献

[1] 尹海峰，尹海潮，孙树强.频率的测量在单片机设计中的应用[J].科技信息，2008（7）.

[2] 陈晓荣，蔡萍，周红全.基于单片机的频率测量的几种实用方法[J].工业仪表与自动化装置，2003（1）.

[3] 杜豫平.基于51单片机简易频率计设计[J].电子质量，2011（11）.

[4] 杨帆.数字频率计的设计与实现[J].科技广场，2011（9）.