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文 献 综 述 课题背景在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。 课题研究的目的和意义单片机数字频率计以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各种智能仪器中，这些智能仪器的操作在进行仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化，传统仪器面板上的开关和旋钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要的键，省掉很多烦琐的人工调节，智能仪器通常能自动选择量程，自动校准。有的还能自动调整测试点，这样不仅方便了操作，也提高了测试精度。 设计使用单片机简介ATC89C51[可以完成ISP在线编程功能，ATC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的，而且51单片机是主流大军。 1．89C51芯片介绍 许多由关硬件设计中都使用到单片机89C51，其功能比以往的单片机强大的多。89C51引脚图如图1-1所示。
图1-1 89C51引脚图 芯片引脚功能： 主电源引脚Vcc和Vss bull;Vcc（40脚）：接＋5V电压； bull;Vss（20脚）：接地。 89C51晶振接法如图1-2。
图1-2 89C51晶振接法图 2．单片机复位状态 单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟震荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平。只要保持高电平，则MCS-51单片机就循环复位；当RST从高电平变为低电平以后，MCS-51单片机从0000H地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE、 引脚输出高电平。89C51上电复位电路图如图1-3。
图1-3 89C51上电复位电路图 单片机复位状态表1。 表 1 单片机复位状态表
注：XXX不定 复位后，P0口～P3口输出高电平，且使这些准双向口皆处于输入状态，并且将07H写入栈指针SP（即设定堆栈底为07H），同时，将程序计数器PC和其余的特殊功能寄存器清为0（不定的位除外）。但复位不影响单片机内部的RAM状态 整形电路的设计介绍7414是六反相施密特触发器集成电路，其基本作用就是反相器，一般用于信号输入电路，用施密特触发器对输入信号进行波形整形。其功能作用如图1-4所示。
图1-4 输入-输出波形图 本设计为满足设计要求，被测信号是要进行波形的变换。由第一级的零偏置放大器把正弦波样的正负交替波形变换成单向脉冲，再经过7414将放大器产生的单向脉冲变换成与TTL/CMOS电平相兼容的方波。这样处理以后信号变成方波信号，以便后续的电路进行计数。 数字频率计显示电路的介绍在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。而发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。 LED段显示器结构与原理 LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示块，有7段和“米”字段之分。这种显示块有共阳极和共阴极两种。此外，显示块中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dP表示）用于显示小数点。通过发光二极管亮、暗的不同组，可以显示多中数字、字母以及其他符号。 LED显示块中的发光二极管共有两种连接方法: (1)共阳极接法 发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V，这样，阴极端输入低电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；而输入高电平的段则不点亮。 (2)共阴极接法 发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样，阳极端输入高电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；而输入低电平的段则不点亮。 数码管引脚如图1-5。
图1-5 数码管引脚图 共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段dP、g、f、e、d、c、b、a对应于一个字节（8位）的D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极dP、g、f、e、d、c、b、a各段为0111011时，显示器显示'P'字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。用LED显示器显示十进制转换成十六进制数的字形代码在表2中列出。 表2 LED十六进制的数字代码表
计数电路的介绍74LS290是异步十进制计数器。它由一个二进制计数器和一个异步五进制计数器组成。74LS290引脚图如图1-6所示。
图1-6 74LS290引脚图 当复位输入R0(1)=R0(2)=1，且置位输入S9(1)bull;S9(2)=0时，74LS290的输出被直接置零；只要置位输入S9(1)bull;S9(2)=1，则74LS290的输出将被直接置9，即 =1001；只有当S9(1)和S9(2)不全为1，并且R0(1)和R0(2)不全为1时，输入计数脉冲CP，计数器开始计数。计数脉冲由CP0输入，从Q0输出时，则构成二进制计数器；计数脉冲由CP1输入，输出为Q2Q1Q0时，则构成五进制计数器；若将Q0和CP1相连，计数脉冲由CP0输入，输出为Q3Q2Q1Q0时，则构成十进制（8421码）计数器；若将Q3和CP0相连，计数脉冲由CP1输入，输出为Q3Q2Q1Q0时，则构成十进制（5421码）计数器。因此，74LS290又称为“二—五—十进制型集成计数器”。 异步清零端 MR1,MR2 为高电平时，只要置9端 MS1,MS2有一个为低电平，就可以完成清零功能。 当 MS1,MS2 均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置 9的功能。 当 MR1,MR2 中有一个以及 MS1,MS2 中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作。 a) 十进制计数。应将/CP1 与 Q0 连接，计数脉冲由/CP0 输入。 b) 二、五混合进制计数。应将/CP0 与 Q1 连接，计数脉冲由/CP1 输入。 c) 二分频、五分频计数。Q0 为二分频输出，Q1~Q3 为五分频输出。 引出端符号功能如下。 CP0 二分频时钟输入端（下降沿有效） CP1 五分频时钟输入端（下降沿有效） QA~QD 输出端 MR1,MR2 异步复位端 MS1,MS2 异步置9端 74LS290的级联扩展如表3所示 表3 74LS290 级联扩展说明
74LS290十进制的电路连接如图1-7所示。
图1-7 74LS290十进制计数器 两片接成十进制的74LS290级联组成2times;10=20进制异步加法计数器如图1-8所示。
图1-8 二十进制异步加法计数器 仿真软件的简介Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪器仪表。此外，Proteus还提供图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗，尽可能减少仪器对测量结果的影响，Proteus软件提供丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。提供Schematic Drawing、SPICE仿真与PCB设计功能，同时可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，编译方面支持Keil和MPLAB等编译器。
一台计算机、一套电子仿真软件，在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代实、以软代硬，就建立一个完善的虚拟实验室。在计算机上学习电工基础，模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程，并进行电路设计、仿真、调试等。
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毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： |
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本课题主要利用单片机系统，采用汇编语言或者C语言设计一个数字频率计，利用Proteus软件仿真出数字频率计的各个功能，要求至少有3种基准信号源，通过和虚拟计数器对比，来检验数字频率计的精度。 1.电源：设计成用220V的交流电经过变压器后输出plusmn;9的电压，经整流滤波电路后， 通过LM7805和LM7905进行DC/DC变换得到plusmn;5V电压驱动系统 2.前级放大器：采用专用仪表放大器，如 INA126，INA121等 3.整形电路：采用7414施密特触发器进行信号整形 4.计数电路：使用74LS290进行分频，如果分频数较大则采用级联的方式 5.显示部分：选用LED显示，数值显示至整数位，显示单位“Hz” 6.测量要求： （1）被测信号频率不大于250Hz （2）测量误差le;1 Hz
本方案主要以单片机为核心，利用单片机的计数定时功能来实现频率的计数并且利用单片机的动态扫描法把测出的数据送到数字显示电路显示。其原理框图如图2-1所示：
图2-1 数字频率计原理框图
程序流程图设计主程序流程图主程序流程图如图2-2所示。
图2-2 主程序流程图 中断流程T1中断流程图如图2-3所示。
图2-3 T1中断流程图 T0中断流程图如图2-4所示。
图2-4 T0中断流程图 中断程序实现定时与计数的功能。T1进行定时，定时时间为1S。T0进行计数，TO中断溢出一次，T0count加1。当定时达到1S时，停止T0，T1。最后计算相应的频率值。
数字频率计是一个将被测频率显示出来的计数装置，它主要由单片机89C51控制、7407、LED显示器、电源等组成。该系统的功能是将信号输入P3.4口，通过单片机程序控制，对LED显示器进行段控和位控，实现动态显示。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。在进行有关电子技术的设计、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，会被经常使用到。图3-1为数字频率计方案框图。 图3-1 数字频率计方框图
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