基于单片机AT89C52的频率计的设计

孟召议

（无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214153）

基于单片机AT89C52的频率计的设计

孟召议

（无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214153）

在电子技术中，频率作为电子电工学中的一个重要参数,对频率的测量就显尤为重要。系统应用单片机的数学运算和控制功能,采用单片机AT89C52作为核心器件，采用模块化布局，设计一个数字化频率计，该系统实现了测量量程的自动切换,既满足测量精度的要求,又满足系统反应时间的要求，系统具有体积小、成本低、可靠性高、测频范围宽等优点。

频率计；AT89C52；单片机

传统的测频仪器体积很大，耗能量大，主要靠手工操作，而最大的缺点是不可编程，其量程转换、数据测量、采样控制和处理等均不能通过程序指令来进行控制，无法作为一个微型智能子系统与某一大型自动控制或测试系统进行接口。针对这些缺点，本系统在设计上作了根本的革新，其优点是：所用核心器件是先进的单片专用测频器件，集成度高，体积小，耗电省，功能强，实现了频率计的高度集成化和微型化；单片频率计只要加上晶振、量程选择、频率显示等很少量的器件即可构成一个DC（直流）至10MHz的微型基本测频电路；而最大的优点则是本频率计完全实现了单片频率计、频率采样与单片微机三者之间的硬件与软件接口，使得测频量程的选择、频率数据的测量、采样以及编码的边境转换和数据的转储均可通过单片微机的软件编程自动进行，从而实现了测频与采样工作的完全智能化，使得本系统既可独立构成一个微型智能测率仪器的核心电路，也可作为大型自动控制或测试系统中的一个智能子系统。

1 频率计硬件设计

1.1 频率测量原理

本系统以AT89C52单片机为核心，采用部分外围电路，通过单片机控制脉冲的个数来测量频率，采用定时器0和计数器1，先将被测信号进行128分频，通过比较是定时器0和计数器1的溢出标志位，从而判断采用的分频数，以满足精度要求；而频率值计算的核心思想是通过闸门信号与被测信号同步，将闸门时间T控制为被测信号周期的整数倍。测量时，先打开参考闸门，当检测到被测信号脉冲沿到达时开始计时，对标准时钟计数，参考闸门关闭时，计时器并不立即停止计时，而是待检测到被测信号脉冲沿到达时才停止计时，完成测量被测信号整数个周期的过程；频率的显示采用5个数码管，频率值小于10000HZ时正常显示，而大于后则采用科学计数法显示。

1.2 整体框图

由频率计测量原理，根据测量要求，得到图1的系统总体框图，由电源、分频器、选择器、触发器、单片机、移位寄存器及数码管等组成。

图1 系统框图

1.3 硬件电路图

本系统的硬件电路如图2所示。

图2 硬件电路图

1.3.1 分频电路

74LS161是四位同步二进制加法计数器，引脚图见图3，其中D3D2D1D0为数据输入端，Q3Q2Q1Q0为输出端，Q0输出的信号频率是原信号频率的2分频。由于AT89C52单片机内部定时/计数器的响应频率低于10MHz，当信号输入为高频时，需先进行分频。分频电路由2片74LS161构成，分频电路由2片74LS161构成，取出4个输出引脚，分频数分别为1分频、2分频、16分频、128分频，根据分析只要对高频信号 (〉1MHz)进行128分频，即可满足精度要求，也能满足AT89C52计数器的要求。该分频信号由第二片74HC161的Q2输出，见图2硬件电路图。

图3 74LS161引脚图

1.3.2 选择电路

本设计中,单片机AT89C52的21脚、22脚分别接选择器74LS153的B端、A端，21脚、22脚输出的电平 (00、01、10、11)，选择对该频率进行几分频。可供74LS153选择的分频为1分频、2分频、16分频、128分频。

同时，经过单片机AT89C52的定时器0、计数器1比较判断看哪个先溢出，通过21脚、22脚到74LS153的2脚、14脚，从而选择对信号的分频值。

1.3.3 触发器 74LS74

74LS74是一个边沿触发器数字电路器件，在CP脉冲上升沿到来时，输出为此时的输入值，74LS153的输出作为74LS74的时钟信号，单片机的P2.6与74LS74的D端相连，74LS74的输出端与单片机P3.3相连作为闸门信号，使闸门信号与被测信号同步，从而完成被测信号的测量。

1.3.4 移位寄存器 74LS164

74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出，引脚图见图4，将5片74LS164时钟端接在一起，其中低位片的最高输出端连到相连的输入端，这样5片74LS164实现了串并转换功能，5片74LS164再与数码管的对应引脚相连，将频率值在数码管上显示。

图4 74LS164引脚图

图5 AT89C52引脚图

1.3.5 单片机 AT89C52

AT89C52是51系列单片机的一个型号，是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，共有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，引脚图见图5。为便于计算，选用12MHz晶振，这时内部定时器一个计数值为1μs。信号在高频段 (〉1MHz)时经128分频后输入到单片机，在小于1MHz而大于100K时经16分频后输入到单片机；频率大于1KHz时软件修正频率偏差。串行口的工作方式采用方式0，单片机的P3.0（RXD）作为LS164的数据输入端，P3.1（TXD） 作为74LS164的时钟输入端，波特率固定为fosc/12(fosc单片机外接晶振频率)，5位数码管显示需要的时间为40μs，这个时间差人眼感觉不到延时。

1.3.6 数字显示电路

频率显示部分共采用5只共阴LED数码管，引脚为高电平时数码管亮，低电平时灭，数码管分别与5片74HC164的对应输出端相连，将频率在数码管上显示，有正常显示和科学计数法显示，另外采用二极管做小数点。

2 频率计软件设计

2.1 频率产生原理

为实现测量方法，需要启动AT89C52中的2个定时/计数器，内部定时/计数器的响应频率低于10MHz，其中T0设置成16位定时方式，T1设置成16位计数方式，一方面将待测信号送入单片机，通过比较定时和计数溢出标志位，从而获知分频值。当输入信号为高频 (≥1MHz)时，进行128分频；当信号频率f为100kHz≤f≤1MHz时，进行16分频；当信号频率f为100Hz≤f≤100kHz时，进行2分频；当输入信号为低频 (≤100Hz)时，不进行分频；另一方面通过给单片机一个基准触发，让闸门信号与被测信号同步，得出在一定时间内的脉冲个数，从而计算出频率；频率通过串口送到移位对于频率值的显示，当频率低于1 0K时正常显示，大于该值则采用科学计数法显示。

2.2 软件设计流程图

本设计的频率显示的主要功能有：系统初始化、中断服务程序、频率处理、送显示，系统软件流程图见图6。

图6 系统软件流程图

3 结束语

本系统所设计的频率计是用数字显示被测信号频率的仪器。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。

[1]周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,1991.

[2]谭浩强.C语言设计[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3]李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[4]马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的C语言应用程序设计（第三版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

Design of frequency meter based on AT89C52 single-chip computer

MENG Zhao-yi

（Wuxi Institute of Commerce,Wuxi,Jiangsu,China 214153）

In electronic technology,frequency is one of the important parameters in electronic electrical engineering and so,frequency measurement seems to be especially important.This system applies single-chip mathematical calculation and control function,using the single-chip microcomputer AT89C52 as the core device and using modular layout to design a digital frequency meter.This system realizes the measuring range automatic switching,which can not only meet the requirements of the measurement accuracy,but also the system response time.The system has the advantages of small volume,low cost,high reliability,wide range of frequency measurement etc..

frequency meter;AT89C52;single-chip computer

10.3969/j.issn.1671-9581.2012.03.012】

TM935.1

A

1671-9581(2012)03-0051-04

2012-06-07

孟召议（1982-），男，江苏盐城人，无锡商业职业技术学院助理实验师,研究方向：电子技术。