基于AT89S51的高精度数字频率计的设计与实现
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作者: 张金龙
摘要：为解决传统频率计精度低、成本高的问题，本文提出了一种基于AT89S51的高精度数字频率计的设计与实现方法。该方法将待测信号经过整形后输入AT89S51单片机，然后由单片机控制内部计数器采用周期测量法对待测信号进行计数，再经运算处理得到准确测量结果，并由8位动态数码管实时显示。与传统频率计相比，该方法充分发挥了单片机高速准确等优点，具有体积小、速度快、准确度高等特点。
关键词：数字频率计 AT89S51单片机 C语言
中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0193-02
频率是电子技术中的一种最基本的参数，并与其它电参数的测量方法和测量结果有着密切的联系，因此，频率的测量在计算机、通讯设备、音频视频等教学、科研、工业生产领域显得尤为重要，测频方法的研究也备受人们关注。频率计作为测量仪器的一种，它的基本功能是测量信号的频率和周期，应用范围非常广泛。传统的模拟频率计主要以硬件电路为主体，存在许多局限，因此已不能满足实际的需要。伴随着单片机的出现和广泛应用，使传统的频率计在原理、功能、精度、速度方面都有了较大变化。目前，市场上有多种高精度、高速度的数字频率计，但性价比较低。为适应实际市场需求，本文提出了一种基于AT89S51的高精度数字频率计的设计与实现方法，该方法以AT89S51单片机为控制核心，充分应用其软件和硬件资源，设计并实现了数字频率计的计数和显示部分。实验证明，该方法充分发挥了单片机高速准确等优点，具有体积小、速度快、准确度高等特点。
1 基于AT89S51的数字频率计的设计原理
数字频率计的原理框图如（图1）所示，待测信号通过脉冲形成电路进行放大与整形，然后送给单片机，由单片机对脉冲的输入个数进行计数，最后经LED数码管将计数结果显示出来，从而得到被测信号的频率。
它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动测量，结果直接用十进制数字显示出来。
计算方法是：在一定时间间隔T内测周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。
该数字频率计能够对0-250KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过±1HZ。
2 基于AT89S51的数字频率计的硬件设计
该数字频率计选择了AT89S51作为核心计算控制部件，主要是因为其具有灵活的编程和调试特点，而且引脚比较多，便于电路的扩展。它集成了CPU、4K字节的程序存储器、128字节的RAM、2个16位定时器/计数器、一个5中断源两个优先级的中断结构、一个双工的串行口、片上震荡器和时钟电路，具有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口。同时，它的工作速度较高，晶振频率可达到24MHz，一个机器周期仅用500ms，比MCS-51系列单片机快了一倍。
3 基于AT89S51的数字频率计的软件设计
4 仿真调试
本次设计结果在Proteus和Kell环境下进行了联合调试。经过Kell软件调试无误后，生成HEX十六进制文件，HEX文件应该与源程序放在同一目录下，否则仿真出现错误。然后将HEX文件加载到AT89S51单片机中，将脉冲频率设置好输入到仿真软件中，即可测出脉冲频率。
5 结语
本文采用AT89S51单片机来实现一种高精度数字频率计，该频率计将待测信号经过整形后输入AT89S51单片机，然后由单片机控制内部计数器采用周期测量法对待测信号进行计数，再经运算处理得到准确测量结果，并由8位动态数码管实时显示。系统的各个单元经过软硬件的设计与调试后，形成了一套功能完善的频率测试计，从测量结果来看，系统能够高速准确的测量信号频率。与传统频率计相比，该方法充分发挥了单片机高速准确等优点，具有体积小、速度快、准确度高等特点。
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