近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，頻率信號(hào)測量在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。然而，以往由邏輯電路和時(shí)序電路設(shè)計(jì)的頻率計(jì)一般測量的頻率范圍較小，運(yùn)行速度較慢。基于單片機(jī)的頻率測量電路的方法介紹了就是被測頻率信號(hào)通過放大器放大和處理，然后放大脈沖信號(hào)的形狀和頻率分裂，最后是衡量單片機(jī)處理器頻率信號(hào)。

1 頻率測量電路的設(shè)計(jì)原理

頻率測量電路設(shè)計(jì)原則。第一個(gè)頻率信號(hào)通過放大器放大處理，測量的脈沖信號(hào)放大整形、分頻處理，然后由單片機(jī)控制通道選擇器選擇頻率，所選頻率信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，最后使用單片處理器基于標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)測量點(diǎn)后被測信號(hào)的頻率。

2 頻率測量電路的硬件設(shè)計(jì)

基于測頻電路硬件的單片機(jī)設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、放大器整形電路、分頻電路和顯示電路組成。

AT89C51 單片機(jī)是典型的 MCS-51 系列單片機(jī)，由于其優(yōu)異的性能得到了廣泛的應(yīng)用。首先，程序?qū)懫饋肀容^方便，這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)程序內(nèi)存采用閃存。其次，芯片尺寸更小，整體電路尺寸更小，功能更強(qiáng)大，性價(jià)比更高。該芯片包含 8kB 的準(zhǔn)備寫入只讀存儲(chǔ)器和 256B ram， 32 條 I/O 接口線，3 條 16 位定時(shí) / 定時(shí)器，片上振蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí)，8 位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)可以與 SA4828 完全兼容并直接連接。以 AT89C51 單片機(jī)作為頻率測量電路的控制核心，可以滿足頻率測量的要求。單片機(jī)可以采集測量信號(hào)，選擇不同的頻率輸入，提供標(biāo)準(zhǔn)的測量信號(hào)，測量脈沖數(shù)，計(jì)算出測量信號(hào)的頻率。因此，本設(shè)計(jì)基于 AT89C51 單片機(jī)的頻率測量電路。

在基于單片機(jī)的測頻電路設(shè)計(jì)中，放大器整形電路由 3DG100、74LS00、2N3904 等高頻晶體管組成。該放大器由晶體管和其他電子元件組成，放大輸入頻率信號(hào)，包括三角波、方波和正弦波。放大后，通過觸發(fā)器整形對(duì)輸出波形頻率信號(hào)進(jìn)行處理，輸出矩形脈沖信號(hào)。

在設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的頻率測量電路、分頻模塊主要用于擴(kuò)大測量范圍的頻率測量電路，并進(jìn)行分頻處理收集被測頻率信號(hào)，這有利于單一產(chǎn)品的頻率測量機(jī)，也可以減少誤差引起的系統(tǒng)測量頻率。由于本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)型號(hào)為 AT89C51，故測頻電路設(shè)計(jì)采用 74LS161 分頻 16，JK 觸發(fā)器 512 分頻設(shè)計(jì)。

在基于單片機(jī)的顯示模塊電路的測頻電路設(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。為了保證頻率值的顯示清晰明亮，我們使用了 4 個(gè) PNP 晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，便于觀察和測量。為了保證數(shù)碼管顯示清晰的數(shù)值，本設(shè)計(jì)增加了 74L246 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，方便了頻率值的測量和調(diào)試。頻率顯示采用 8 位電子管，動(dòng)態(tài)顯示采用共陽極電子管 74LS246。

3. 頻率測量電路軟件模塊設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)頻率測量電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)測頻系統(tǒng)主要由初始化模塊、信號(hào)測頻模塊、量程轉(zhuǎn)換模塊和量值顯示模塊組成。基于單片機(jī)的頻率測量電路需要在每次測量前后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化過程主要是在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、工作寄存器等控制單元的工作模式。當(dāng)系統(tǒng)開始測量頻率時(shí)，單片機(jī)對(duì)寄存器進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)測量到的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。判斷被測頻率信號(hào)的有效位是否滿足要求。如果沒有，則繼續(xù)測量，直到測量值滿足要求，并將測量的頻率值輸出到電路顯示模塊。測頻電路系統(tǒng)首先對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行分頻處理，然后利用單片機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行技術(shù)測量。對(duì)于低頻信號(hào)，不需要分頻處理，直接進(jìn)行頻率信號(hào)測量，不僅擴(kuò)大了測頻范圍，而且提高了測頻電路的測量精度。

3.2 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)時(shí)頻率測量電路、單片機(jī)定時(shí)器的定時(shí)狀態(tài)，設(shè)置每 50 毫秒的時(shí)間，當(dāng)中斷時(shí)間大約 1 s 單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后 T0 定時(shí)器計(jì)數(shù)模式，統(tǒng)計(jì)頻率信號(hào)數(shù)，因?yàn)槊恳幻朐趩?dòng)和關(guān)閉定時(shí)器的開始和結(jié)束，因此定時(shí)器的統(tǒng)計(jì)數(shù)字和頻率劃分系數(shù)的乘積的測量頻率值。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，頻率測量在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用廣泛，控制功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉。本文是基于單片機(jī)控制的頻率測量電路，使用放大器塑造模塊來處理測量信號(hào)，利用頻分模塊分頻的頻率信號(hào)，利用數(shù)字顯示電路顯示頻率測量的結(jié)果，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的頻率測量，智能、自動(dòng)化。本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的頻率測量電路具有整體結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、測量精度高、測量范圍寬、響應(yīng)速度快、使用方便、靈活等特點(diǎn)。

審核編輯黃昊宇