单片机数字频率计的设计，基于单片机简易数字频率计设计方案汇总

很多朋友对单片机数字频率计的设计，基于单片机简易数字频率计设计方案汇总不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

基于单片机的简易数字频率计设计方案(一)系统框图如图1所示，主要由AT89C52单片机、异或器件和LCD1602、电源组成。

测频原理：定时器/计数器工作在模式1。每次定时器0中断时，都会计数65，536个脉冲。此时的脉冲来自振荡器将脉冲除以12，其周期为1uS。根据外部中断0发生时定时器0中断的次数，以及此时定时器/计数器0计数寄存器的值X，可以得到待测方波的周期如下：T=(65536*u X)us，取其倒数可以得到待测方波的频率，保留小数点后两位数，频率精度可以达到0.1HZ。

相位差的测量原理是：两个频率相同、相位不同的方波信号经过鉴相器(异或)后，其脉冲宽度t与周期t之比(占空比)就是两个信号的相位差。此时脉冲宽度的测量方法与方波周期相同。相位差测量的示意图如下：

在本设计中，P0口(32~39针)被定义为N1功能控制口，分别与N1相应的功能针相连。单片机正常工作时，需要一个时钟电路和一个复位电路。本设计选用内部时钟模式和按键电平复位电路构成单片机最小电路。如图4所示。图4单片机最小系统频率相位表整体电路图如图5所示：图5频率相位表整体电路图

基于单片机的简易数字频率计设计方案(2)本文利用预分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的分频功能，结合新型MSP430F449单片机，给出了一种新颖的测量射频频率的全自动数字显示设计方案。图1信号前端处理及分频电路主要器件介绍MSP430F449单片机MSP430F449采用16位RISC结构，片内外设丰富，片内工作寄存器和存储器容量大，性价比很高。其特点包括：

超低功耗：可在1.8V~ 3.6V电压下工作；它有工作模式(AM)和五种低功耗模式(LPM)。在低功耗模式下，CPU可以被中断唤醒，响应时间小于6ps。

计算能力强：16位RISC结构，寻址方式丰富；有16个中断源，可以任意嵌套；指令周期可达125ns由8MHz时钟驱动；它包含硬件乘法器和大量寄存器，以及64KB的Flash程序空间和2KB的ram，为数据存储和操作提供了保障。

丰富的片内外设：包括看门狗定时器、基本定时器、比较器、16位定时器(TA、TB)、串口0和1、LCD驱动、6个8位I/O口、12位ADC(最大采样率200kHz)等。丰富的片内外设可以轻松构建一个相对完整的系统。此外，充分利用了计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，保证了一些复杂时序控制任务的完成。

方便高效的开发环境：MSP430F449是一款带调试接口和电可擦闪存的Flash设备。可以先将程序下载到Flash中，然后通过软件控制程序在设备中的运行，通过JTAG接口读取片上信息，供设计人员调试。这种方法不需要仿真器和编程器，调试非常方便。预分频器SAB6456A

SAB6456A是一款专门为UHF/VHF设计的预分频器。内部的MCpin是分频控制端，可以对70 MHz到1 GHz的信号进行64/256分频，MC引脚开路时会进行64分频。MC引脚接地时，除以256。它灵敏度高，谐波抑制能力强。图2单片机外围电路

工作原理设计主要分为分频和计数两部分。首先输入信号经过限幅后由SAB6456A分频，256分频后的信号由两片74HC390高速分频器进行1000分频。此时，模拟信号变成了频率低于10kHz的低频数字信号。其次，分频后的信号直接接入MSP430F449单片机，利用内部16位定时器A进行定时计数。定时器可以分为几个部分：计数器部分、捕获/比较寄存器和输出单元。

其中，计数器有四种工作模式和三个捕获/比较寄存器。利用计数器的连续计数模式和上升沿捕捉模式，在定时器中断中计数n个脉冲信号的时间，然后除以n得到频率。

硬件设计图1是信号的前端处理和分频设计。输出信号由两片SN74HC390分频。SN74HC390是一款高速分频器，最大交叉频率为50MHz。每片SN74HC390可以实现100分频，两片SN74HC390串联，可以实现信号的1000分频。分频后的数字信号频率较低，在4kHz左右，单片机可以直接计数。

图2是单片机的外围电路，包括单片机工作所必需的复位电路、电源电路和晶体振荡器。晶振有两种：8MHz和32.768kHz，8MHz作为定时器A的计数器输入时钟源；32.768kHz用作数码管的显示频率。74LS373为D型锁存器，采用5V单电源供电。因为输出电流足够大，也可以直接驱动共阴极LG3631AH数码管。

软件设计将分频out的输出端连接到单片机的频率输入端，程序开始延时一段时间，直到信号稳定。开启捕获中断和定时器A，在定时器A中断中计数n个脉冲，测量后得到n个脉冲的时间，然后除以n得到脉冲频率，乘以分频系数得到实际频率并显示，短暂延迟后重新测量，以此类推。

测量频率时，应关闭LED显示，以确保精度。因此，解决方案是测量更少的脉冲，以减少平均测量时间或延迟。

采用动态扫描显示，动态扫描显示的原理是：P4依次向每一位输出扫描信号，使每一时刻只选通一个数码管，然后P3向该位输入显示的字体代码，驱动该位字体段显示字体。这样，在P3发送的码段和P4发送的位段的配合下，每个数码管将依次显示自己的字体，每个位的显示时间超过1ms，人眼不会感觉到闪烁。测量的主要程序如下：空频_measure(void)。

{float tmp，tmp1key _ flag=0； //Clear the key mark 0P1OUT |=BIT0 delay (1000); File://Wait for the signal to stabilize for a while (1) {IE2=~0x80; File://close BT, close LEDfirstflag=1； //Start measuring the first pulse TACTL |=TAIE file://Open capture cctl1 |=ccie; //Start the timer for a period of time (f _ ok _ flag==0); //Wait for the measurement to end f _ ok _ flag=0； if(aa1》aa2)overflow=overflow-1； tmp=aa2-aa1； Tmp1=40.0/(overflow * 0.00191875 (TMP/8000000.0)); Results=tmp1 * 0.256IE2 |=0X80//Turn on BT and turn on LED.

yanshi（2，2）;//可以修改这里的参数，越大表示延时越长，太小的话LED就会变暗

CCTL1=~CCIE;//关捕获

TACTL=~TAIE;//关timer a

return;

}

}

流程图如图3所示。

图3 主程序流程

结语本文给出的硬件和软件均经过实践检验，使用该测量仪器所测结果精度较高。该测量仪器价格较低，结构简单，是一种经济型的频率测试仪。

基于单片机简易数字频率计设计方案（三）本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波，时基宽度为1us，10us，100us，1ms。用单片机实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

频率测量仪的设计思路与频率的计算频率测量仪的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小，其原理如右图1所示。

若被测量信号的周期为，分频数m1，分频后信号的周期为T，则：T=m1Tx 。由图可知： T=NTo

（注：To为标准信号的周期，所以T为分频后信号的周期，则可以算出被测量信号的频率f。）

由于单片机系统的标准频率比较稳定，而是系统标准信号频率的误差，通常情况下很小；而系统的量化误差小于1，所以由式T=NTo可知，频率测量的误差主要取决于N值的大小，N值越大，误差越小，测量的精度越高。

基本设计原理基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。

所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。

闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。

数字频率计（低频）的硬件结构设计系统硬件的构成

本频率计的数据采集系统主要元器件是单片机AT89C51，由它完成对待测信号频率的计数和结果显示等功能，外部还要有分频器、显示器等器件。可分为以下几个模块：放大整形模块、秒脉冲产生模块、换档模拟转换模块、单片机系统、LCD显示模块。各模块关系图如图2所示：

系统工作原理图该系统工作的总原理图如图3所示：

图3 数字频率计系统工作原理图

信号调理及放大整形模块

放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。它将正弦输入信号Vx整形成同频率方波Vo，幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。同相输入的运算放大器的放大倍数为（R1+R2）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。

系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。

由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如下图4所示：

时基信号的产生原理：

本电路采用32768HZ晶体震荡器，利用CD4060芯片经过14级分频得到2HZ的信号（32768/214），在经过CD4013双D触发器经过二分频得到0.5HZ的方波，即输出秒脉冲信号使单片机进行计数。

图七秒脉冲产生电路原理图

以上知识分享希望能够帮助到大家！