廖小芳
（电子科技大学成都学院电子工程系，四川 成都 611731）
【摘 要】提出了一种基于单片机开发的简易数字频率计的设计。系统以单片机STC89C52为核心器件，包括信号放大整形、LED数码管显示和按键控制等模块，构成完备的测量系统。系统程序采用C语言编写，经Keil软件编译调试后在Protues软件中进行仿真。系统可以实现对不同波形的频率测量，具有体积小、成本低、简单易实现等优点。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 单片机；频率计；测量
Design of Simple Digital Frequency Meter Based on SCM
LIAO Xiao-fang
(Chengdu College of University of Electronic science and Technology of China, Chengdu Sichuan 611731, China)
【Abstract】The design of simple digital frequency meter based on SCM is proposed. Using STC89C52 as the core device, this complete measurement system is composed of the signal amplification shaping module，the digital LED tube display module and key control module, etc. The system program written by C language is compiled and debugged by the Keil software，and then simulated in the Proteus software. The system can realize the measurement of the frequency of different waveforms, which has the properties of small size, low cost, easy implementation.
【Key words】SCM; Frequency meter; Measurement
作者简介：廖小芳（1982—），女，四川成都人，硕士，电子科技大学成都学院，助教，研究方向为信号与信息处理。
0 引言
随着科学技术的迅速发展，尤其是单片机技术和半导体技术的高速发展，推动了仪器仪表的快速发展，用代码编程来简化硬件电路的复杂程度，使其不断向着体积小，价格低廉，功能更加多样化、智能化的方向发展。数字频率计作为一种基础的电子测量仪器，在工业、电子、电力等方面应用十分广泛。采用单片机与频率测量[1]技术相结合可以大大提高频率计的自动化控制程度和灵活性。频率的测量实际上就是在单位时间内对被测信号进行计数[2]，计数值就是信号的频率。本文设计的频率计就是基于上述思想，利用单片机内部的定时/计数器及灵活的软件运算和控制功能，对外部信号进行计数，可实现测量一定电压范围内的正弦波、三角波及方波的频率，并进行实时显示。
1 硬件电路设计
该频率计的硬件组成框图如图1所示。系统主要以单片机为核心器件，包括信号放大整形电路、LED数码管显示电路和按键控制等。
如图1所示，采集到的被测信号首先进入信号放大整形电路进行放大和波形整形，将其转化为幅度适中的方波，然后进入单片机的T1端（P3.5口），由单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数并计算频率，处理后把测出的频率数据送出去，由8位LED数码管显示电路进行显示，由按键控制电路控制测频功能启动，按键采用一个独立按键，接P1.0口。
1.1 控制核心
以单片机STC89C52为核心，由复位电路和时钟电路组成其外围电路。时钟电路单片机提供STC89C52 工作的时间基准，在单片机的XTAL1和XTAL2两个管脚接一只晶振及两只电容构成单片机的时钟电路， 本设计选取12MHz的石英晶体振荡器。STC89C52包含3个16位定时/计数器[3]，16位定时/计数器用于实现待测信号的频率测量，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能，将内部计数 /定时器 T1的功能设为计数，用于对外部输入的被测信号进行计数，T0设为定时，实现对测量时间的定时。
1.2 放大整形电路
采用NPN型三极管 9013和施密特触发器74LS14一起构成放大整形电路[4]，能够有效对方波、正弦波和三角波等信号进行放大和整形，并且能够稳定的输出，具有较强的驱动能力。图2给出了整形电路图，信号从三极管输入，由74LS14输出经放大整形后的信号。
1.3 LED数码管显示电路
LED 数码管显示模块是发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用中通常使用7段或者8段LED,这种显示块有共阴极与共阳极两种。在本设计系统中，显示器电路采用8位8段共阴极的LED数码管来动态显示所测得的信号频率。由单片机的P0口接上拉排阻，同相驱动数码管各段。单片机的P2口的低3位接3-8译码器输入端，其输出控制8位数码管的8个公共极COM实现位选。
2 软件设计
软件流程主要包括主程序，显示子程序和定时中断处理子程序，工作流程图如图3所示。主程序首先完成初始化工作包括设置定时器 T0、T1，开中断等工作方式，开始测输入信号频率。然后显示初始值，如果判断有键按下，则计算出频率值并显示，如果无键按下则显示之前频率值。
当设定定时时间50ms一到，进入T0 定时中断服务子程序，50ms定时计数器加1，重装T0初值，判断50ms定时计数器满20即计满1s，取出T1对输入信号的计数值，将T1清零，从而完成一次测量。
显示子程序采用动态扫描法，功能是实现8位数码管的数值显示。测量所得的频率数据赋值给相应的变量，经过运算处理，分离出个位、十位、百位、千位、万位和十万位的有效值。
3 protues仿真结果
通过protues仿真，当函数信号发生器输入正弦信号为15614Hz时，观察示波器和数码管的结果，得到结果如图4所示，从示波器上可以看出系统将正弦波转换为方波，数码管显示频率结果为15614Hz，由此验证了系统的设计正确。
4 总结
本设计以STC89C52单片机为控制芯片，选择市场上常用的低价格元件，构成完备的测频系统，可以实现较大频率范围内对不同波形如方波、三角波、正弦波等信号的频率测量。基于STC89C52单片机的简易频率计满足体积小、性价比高、电路设计简单实用的优点，具有一定的应用价值。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
［１］刘竹琴,白泽生.一种基于单片机的数字频率计的实现[J].现代电子技术,2010(1):90-96.
［２］凌振宝,叶剑峰,孙正光.多功能数字频率计的设计与研究[J].吉林大学学报:信息科学版,2011(4):95-101.
［３］曹巧媛.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2002.
［４］孔令荣.基于AT89C51单片机的量程自切换频率计[J].电子设计工程,2012(20):167-169．
［责任编辑：邓丽丽］