近年來,電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,促使頻率信號(hào)測(cè)量在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。但是,以往應(yīng)用邏輯電路和時(shí)序電路所設(shè)計(jì)的頻率計(jì)一般測(cè)量頻率范圍較小且運(yùn)行較慢。本文介紹的基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)采用的方法是先將待測(cè)頻率信號(hào)通過放大器進(jìn)行放大處理,然后對(duì)放大后的脈沖信號(hào)進(jìn)行整形、分頻處理,最后通過單片機(jī)處理器測(cè)量頻率信號(hào)。

1頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)原理

頻率測(cè)量電路的設(shè)計(jì)原理:首先被測(cè)頻率信號(hào)通過放大器進(jìn)行放大處理,接著對(duì)放大后的脈沖信號(hào)進(jìn)行整形、分頻處理,然后由單片機(jī)控制選擇器選擇分頻通道,被選擇的分頻信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理器,最后利用單片機(jī)處理器依據(jù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)測(cè)量分頻后的被測(cè)信號(hào)。

被測(cè)頻率信號(hào)周期7x的計(jì)算公式如下:

式中,m為分頻數(shù):N為周期內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的個(gè)數(shù):70為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)周期,70=1/0。

則被測(cè)信號(hào)頻率:

2頻率測(cè)量電路的硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路硬件部分主要由單片機(jī)、放大整形電路、分頻電路以及顯示電路等組成。

2.1單片機(jī)選擇

AT89C51是MCS-51系列中的一個(gè)典型單片機(jī),因其性能卓越得到了廣泛應(yīng)用。首先,程序?qū)懭敫颖憬?這是由于單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器:其次,芯片尺寸更小巧,整個(gè)電路體積更小,功能更為強(qiáng)大,且性價(jià)比更高。芯片內(nèi)含8sk可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器和256k的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、B2個(gè)I/o接口線、B個(gè)16位定時(shí)/計(jì)時(shí)器、片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí),8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)可完全兼容SA4828,且直接連接。運(yùn)用AT89C51單片機(jī)作為頻率測(cè)量電路的控制核心,能夠滿足頻率測(cè)量需求。單片機(jī)能夠采集測(cè)量信號(hào),選擇不同的頻率輸入,提供標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量信號(hào),測(cè)量脈沖個(gè)數(shù),經(jīng)過計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)頻率。因此,本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路中的單片機(jī)選用AT89C51單片機(jī)。

2.2放大整形電路

本文基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)中的放大整形電路由BDG100、74LS00、2NB904等型號(hào)的高頻晶體管組成。利用晶體管及其他電氣元件組成放大器,將包括三角波、方波和正弦波輸入頻率信號(hào)進(jìn)行放大處理。經(jīng)放大處理后輸出的波形頻率信號(hào)通過觸發(fā)器整形處理,輸出矩形脈沖信號(hào)。放大整形電路圖如圖1所示。

2.3分頻模塊電路

基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)中采用分頻模塊主要是為了擴(kuò)大頻率測(cè)量電路的測(cè)量范圍,將采集到的被測(cè)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻處理,有利于單品機(jī)進(jìn)行頻率測(cè)量,同時(shí)還能降低系統(tǒng)測(cè)量頻率產(chǎn)生的誤差。由于本次設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)型號(hào)為AT89C51,因此本次頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)采用74LS161進(jìn)行16分頻和JK觸發(fā)器512分頻設(shè)計(jì)分頻電路。

2.4顯示模塊電路

基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)中顯示電路的動(dòng)態(tài)顯示部分采用四位共陽極數(shù)碼管,為了確保能夠清晰明亮地顯示頻率值,采用4個(gè)PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng),以便于觀察測(cè)量。為了保證數(shù)碼管能夠顯示清晰的數(shù)值,本次設(shè)計(jì)加入了74L246來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,便于頻率值的測(cè)量與調(diào)試:使用8位數(shù)碼管進(jìn)行頻率值顯示,采用共陽極數(shù)碼管74LS246驅(qū)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

3頻率測(cè)量電路軟件模塊設(shè)計(jì)

3.1主程序設(shè)計(jì)

頻率測(cè)量電路的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)頻率測(cè)量系統(tǒng)主要由初始化模塊、信號(hào)頻率測(cè)量模塊、量程轉(zhuǎn)換模塊和測(cè)量值顯示模塊等組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示?；趩纹瑱C(jī)的頻率測(cè)量電路在每次測(cè)量前或測(cè)量結(jié)束后都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,初始化過程主要是設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、工作寄存器以及其他控制單元的工作方式。系統(tǒng)開始測(cè)量頻率時(shí),單片機(jī)計(jì)數(shù)寄存器清零,開始對(duì)待測(cè)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)。判斷測(cè)量頻率信號(hào)的有效位數(shù)是否滿足要求,若不滿足要求則繼續(xù)測(cè)量,直至滿足后將測(cè)得的頻率值輸出到電路顯示模塊:頻率測(cè)量電路系統(tǒng)對(duì)于高頻信號(hào)先進(jìn)行分頻處理,再用單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行技術(shù)測(cè)量,對(duì)于低頻信號(hào)則不需要分頻處理,而是直接進(jìn)行頻率信號(hào)測(cè)量,不僅擴(kuò)大了頻率測(cè)量范圍,還提高了頻率測(cè)量電路的測(cè)量精度。

3.2中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)頻率測(cè)量電路測(cè)量頻率時(shí),單片機(jī)中的定時(shí)器處于定時(shí)狀態(tài),設(shè)定為每次定時(shí)50ms,當(dāng)中斷時(shí)長為1s時(shí)單片產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),這時(shí)定時(shí)器T0變?yōu)橛?jì)數(shù)模式,統(tǒng)計(jì)頻率信號(hào)數(shù)量,由于每秒鐘的開始和結(jié)束時(shí)分別啟動(dòng)和關(guān)閉定時(shí)器,因此定時(shí)器所統(tǒng)計(jì)數(shù)量與分頻系數(shù)的積就為測(cè)量到的頻率值。頻率測(cè)量電路的中斷服務(wù)子程序流程圖如圖3所示。

4結(jié)語

頻率測(cè)量正隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,單片機(jī)以靈活的應(yīng)用方式、強(qiáng)大的控制功能以及低廉的價(jià)格在多個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。本文基于單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量電路進(jìn)行控制,利用放大整形模塊對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理,利用分頻模塊對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行分頻,利用數(shù)字顯示電路對(duì)頻率測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示,真正實(shí)現(xiàn)了頻率測(cè)量的數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化。本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的頻率測(cè)量電路具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定性好、可靠性高、測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍廣、響應(yīng)速度快、使用方便靈活等特點(diǎn)。