基于测试调频信号的AT89C2051数字频率计的软件设计.doc

基于测试调频信号的AT89C2051数字频率计的软件设计.doc基于测试调频信号的AT89C2051数字频率计的软件设
计
【摘要】数字频率计主要包含了对输入信号的整形、计数、显示三 个部分。本文介绍了软件部分主要包括实现选择对不同分频信号计数程 序、对数据处理程序及显示程序。在此采用了以AT89C2051单片机为核心 的直接测频法。
【关键词】数字频率计;单片机;显示
引言
数字频率计是直接用十进制码来显示被测信号频率的一种测量装置。 作为一种基础测量仪器，已在教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等 领域有较广泛的应用。
试验中设计的频率计测量的频率范围在lHz-10MHz之间。能够测量任 何该频率段内的周期信号的频率，延时要小，测量迅速，以十进制数显示, 便于读数，单位以Hz或KHz显示，自动转换单位。
方案1：目前市场上的频率计多数使用专用计数芯片和数字逻辑电路 计数，测量原理图如图1所示。
图1计数芯片设计频率计的基本原理
计数芯片是通过外部时钟电路产生的时间基准信号控制计数器的计 数和保持状态的，计数器的测量精度很大程度上就取决于时间基准信号的
精度。其次，要实现量程转换，需要人为选择量程，对时钟电路产生的时 间信号分频得到不同量程所需的时间基准信号，完成一次计数后要对电路 产生控制信号送入计数器，使计数器清零以便下一次计数，这使得电路比 较复杂。再者，这种专用芯片的价格比较高，就决定了制作的频率计的成 本会很高。基于以上考虑，就否定了这种用计数芯片计数的方法。
方案2：现在单片机的使用比较广泛，我们可以考虑用单片机设计频 率计。使用单片机设计时通常采用两种办法：1）使用单片机自带的计数 器对输入脉冲进行计数，或者测量信号的周期;2）单片机外部使用计数器 对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。这里我们用第一种的直接 测频法。以AT89C2051单片机为核心，利用其内部的定时（计数）器来完 成待测信号频率的测量。单片机的其中一个定时/计数器定时，另一个计 数。另外还可以通过软件编程实现自动换档，使电路结构大为简化。
比较以上两种方案，很容易发现两者的优缺点：
方案1需要人为选择量程，电路复杂，专用芯片的价格比较高，制作 的频率计的成本高；
方案2可实现自动换档，取材方便、电路简单，制作成本低。
从而确定了使用单片机计数的方案。
数字频率计的基本原理
频率的定义是单位时间（Is）内周期信号的变化次数。若在一定时间 间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N,则其频率为：
F=N/T
所以测频就是测量单位时间内脉冲个数，则首先就要对输入信号整 形，变换成矩形脉冲，送入计数，计数完成后显示频率值。据此，设计原 理如图2所示。
图2数字频率计的基本组成
软件设计
软件部分主要包括实现选择对不同分频信号计数程序、对数据处理程 序及显示程序。为使CPU不把大部分时间用在等待定时/计数结束，数码 管在单片机在计数的同时仍能显示，就需要采用中断方式。在主程序中， 对定时/计数器设初值并开中断，运行显示程序，当TO定时到时产生中断, 在中断处理子程序中对数据处理，并重新对定时/计数器设初值。由于中 断服务子程序时间非常短，所以视觉上数码管没有停止显示。
具体的工作过程为：
通过软件设置单片机P1. 5和P1. 6,即设置了数据选择器的地址端A 和B,选择对100分频