等精度频率计

精度频率计的设计

一 摘要

本设计是基于MCS-51单片机的等精度频率计。输入信号为峰峰值5v的正弦信号，频率测量范围10HZ~100MHZ ，频率测量精度为0.1%。采用1602液晶显示器显示测量结果。信号源由PROTEUS 的虚拟信号发生器产生。

二 关键词 频率计 等精度 单片机 分频 三 设计原理与总体方案

测量一个信号的频率有两种方法：第一种是计数法，用基准信号去测量被测信号的高电平持续的时间，然后转换成被测信号的频率。第二种是计时法，计算在基准信号高电平期间通过的被测信号个数。

根据设计要求测量10HZ~100MHZ的正弦信号，首先要将正弦信号通过过零比较转换成方波信号，然后变成测量方波信号。如果用第一种方法，当信号频率超过1KHZ的时候测量精度将超出测量极度要求，所以当被测信号的频率高于1KHZ的时候需要将被测信号进行分频处理。如果被测信号频率很高需要将被测信号进行多次分频直到达到设计的精度要求。

根据设计要求用单片机的内部T0产生基准信号，由INTO输入被测信号，通过定时方式计算被测信号的高电平持续时间。通过单片机计算得出结果，最后有1062液晶显示器显示测量结果。等精度频率计的系统设计框架如下图1所示。

被测信号 信号转换（过零比较） 分频处理 AT89C51 液晶显示 数据选择器

图1 等精度频率计系统设计框图

四 芯片以及电路介绍

硬件电路主要分为信号转换电路、分频电路、数据选择电路、单片机系统和显示电路

五部分。

电平转换电路：

要将正弦信号转换成方波信号可以用过零比较电路实现。正弦信号通过LM833N与零电平比较，电压大于零的时候输出LM833N的正电源+5V，电压小于零的时候输出负电源0V。具体电路如图2所示。

图2信号转换电路

分频电路：

分频电路采用十进制的计数器74HC4017来分频，当被测信号脉冲个数达到10个时74HC4017产生溢出，C0端输出频率为输入频率的1/10，达到十分频的作用。如果当频率很高是需要多次分频只需将多片74HC4017级联就可以了。74HC4017时序图如图3所示，系统分频电路如图4所示。

图3 74HC4017时序图

图4分频电路

数据选择电路：

根据设计要求要根据计数脉冲个数来选择分频次数，可以用74151来选择分频次数，74151的选择控制信号有单片机的I/O口来控制。数据选择电路如图5所示。

图5 数据选择电路

单片机系统：

单片机采用AT89C51，采用12MHZ的晶振频率。单片机的P3.2口接被处理后的被测信号，P0口接液晶显示器的数据输入端，ALE，RD，WR，P0.0，P0.1通过外接控制电路接液晶显示器的控制端。单片机系统的电路如图6所示。

图6 单片机系统

显示电路：

显示电路由1602组成，其电路如图7所示。

图7显示电路