论文总字数：18724字

摘 要

本课题研究设计的是一种以单片机作为核心器件的数字式频率计系统，系统的设计主要分为系统设计要求和方案论证、系统硬件电路设计、系统软件程序设计以及Proteus软件仿真测试以及硬件安装调试。

本设计重点介绍了如何通过单片机把接收到的脉冲信号来计算信号的频率值。本设计选择以单片机AT89S52-24PU作为核心器件，设计了一个简易数字频率计。系统以AT89S52为控制核心，通过外部中断、定时器来测量频率，利用前置放大整形电路对输入信号进行检测，并将检测信号转换成脉冲信号传送给单片机，通过外部中断和定时器对脉冲信号进行频率计数，频率值经过显示模块转换成个、十、百、千四位，通过四位共阳极数码管来扫描显示，从而达到频率检测的目的。

关键词：数字频率计；单片机AT89S52；Proteus；定时器；共阳极数码管

The Design of Digital Frequency Meter Based on SCM

Abstract

This project designs a kind of digital frequency meter,whick is based on SCM system and consists of four main parts: the system-design requirements and project demonstration, the system-hardware circuit design, the system-software programming, the Proteus simulation and hardware installation.

This design mainly introduces how to use the SCM to calculate and display the frequency value of detected periodic pulse signal. It chooses SCM AT89S52-24PU as the core component to design a simple digital frequency meter. As the control core of the digital frequency meter,the SCM AT89S52-24PU measures frequency value by means of using the external interrupt and the timer. And it also detects the periodic signal by means of using the amplifying and shaping circuits.Then it transforms the input signal into the pulse signal transmitted into the SCM. Next,the SCM counts the value of frequency with external interrupt and the timer. Last, the value of frequency is transformed into four individual values showed on the anode digital tubes, so as to achieve the aim of frequency detection.

Keywords: Digital Frequency Meter ; SCM AT89S52 ; Proteus ; Timer ; Anode Digital Tube

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 引 言 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 单片机简介 1

1.3 Proteus简介 5

第二章 系统设计要求与方案论证 6

2.1 系统设计要求 6

2.2 设计方案论证 6

2.3 设计方案确定 7

第三章 系统硬件电路设计 9

3.1 系统原理图设计 9

3.2 频率检测电路 9

3.3 单片机时钟电路 11

3.4 单片机复位电路 11

3.5 数码管显示电路 12

第四章 系统软件程序设计 14

4.1 软件总体设计及框架 14

4.2 定时模块 15

4.3 计数模块 15

4.4 锁存模块 16

4.5 延时模块 16

4.6 显示模块 16

第五章 Proteus仿真 18

5.1 仿真原理图 18

5.2 50Hz波形仿真 19

5.3 200Hz波形仿真 20

5.4 1kHz波形仿真 21

第六章 硬件安装 22

6.1 元器件 22

6.2 设计成果实物图 23

6.3 改进部分 24

总 结 25

致 谢 26

参考文献（References） 27

附录一 C语言程序清单 28

第一章 引 言

1.1 选题背景与意义

在现代社会，在物质、精神、文化、生活等各个方面的水平都在稳步提升，加上中国的教育、国防、科技实力的飞速发展，我国人民在不断追寻高质量生活的同时，也大都关心着我国在电子技术产业的发展前景，而电子计数式频率计作为一种十分常见的电子测量仪器，在未来的日常生活和工业生产中则扮演着十分重要的角色^[1]。电子式数字频率计的发展在我国电子产业中虽然只是一个比较小的方面，然而随着嵌入式系统在现代设计研究中的不断突破创新，它也占据了一个举足轻重的地位，而在频率计基础上衍生出来的产品已经成为自动化工业检测、自动化仪表监视等系统的重要设备，这种发展方向有着非常大的前景。同时，数字频率计在多媒体以及科研和生产等非常多的领域中有着十分广泛的应用，是一种必不可少的电子测量仪器^[2]。

数字频率计是一个可以用来显示被检测到的输入信号的频率值的数字电子测量装置，一般来说它又可以称做为电子计数式频率计，这是一种由数字电路组成的可以完成对输入信号频率的测量并且用十进制数字显示出结果的电子测量仪器，主要用于检测一些常见的周期信号的频率值，如正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号^[3]。这种电子测量仪器在很多的设计比较复杂、功能比较丰富的数字式电子设备中经常应用，因此数字频率计在很多领域应用的非常广泛，并且它又是数字测量技术中的一个功能性极强的的经典应用。有些数字频率计的功能虽然有点小小的复杂，但是这并没有影响到它使用的方便性，这是一种简单可靠、操作简易的电子测量仪器，即使没有相关专业知识的非专业人员也能轻易地学会使用^[4]。在本课题设计研究中，我选择以单片微控制器为核心，应用单片微控制器的数据运算功能和过程控制功能将被检测的正弦波的频率通过数码管显示出来。这种系统不仅简单可靠，而且便于实现，可以基本满足10KHz以下的正弦波的频率检测的需要，在本设计中我采用双电压比较器集成电路LM393芯片用来转换输入的正弦波信号，使之转换成脉冲信号以便让单片机能够精确的对输入信号的频率进行计数，这种设计方案既保证了系统设计所需要的测量精度，又可以保证设计出来的数字频率计具有较好的实时性。

1.2 单片机简介

单片微控制器Microcontroller Unit（又可以称作为单片微型计算机Single Chip Microcomputer）是一种比较常规的集成芯片，我们通常把它简称为单片机（SCM），主要是通过下载进内部的程序工作的，下载不同的程序可以实现不同的功能，它也可以算作是一种微型的计算机，是微型计算机的一个重要分支。目前比较常用的单片微控制器是MCS-51，这是一款非常常见的集成电路芯片，主要由美国公司英特尔（Intel）公司生产的，89C51这一系列这几年在我国也非常的流行，它主要是由美国公司爱特梅尔（Atmel）公司开发生产的，该系列的内核是可以与MCS-51单片微控制器相兼容的。虽然单片机称为单片微控制器，但是它并不是用来实现某一种特定逻辑功能的集成电路芯片，而是把整个微型计算机系统集成到一小块集成芯片上。简单的概括来讲就是说：一块集成芯片就是一个轻便的微型计算机，体积小，重量轻，价格便宜。单片微控制器最早由芯片内仅有的中央处理器（CPU，是Central Processing

Unit的英文缩写）的专用处理器发展而来，在工业控制等诸多领域有广泛的应用。同时，人们可以借助以单片微控制器为核心构成的开发板来学习、应用、开发，这是一种用来了解和学习计算机原理与结构和工程设计应用的最佳选择。对单片微控制器最早的设计理念是把许多的外围设计电路和中央处理器集成在一小块芯片中，这样可以使计算机系统更加集成化，可以减少占用的空间，降低系统较为复杂的控制设备的体积的设计需求。

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