基于单片机C语言的数字频率计设计

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第２８卷第２期　２０ｃｒ７年０６月

内

蒙古农业大学学报

ｌ衄ｅｒ

Ｍｏｎｇｏｌｉａ

Ｖ０１．２８

Ｎｏ．２

Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ

Ａ班ｃｕｈｕｒａｌ

ＵＩｌｉｖｅ瑁畸

Ｊ岫．２０ｃｒ７

基于单片机Ｃ语言的数字频率计设计．

张杰，杨艳丽，马莉莉，张立倩

（内蒙古农业大学计算机与信息工程学院，呼和涪特Ｏｌ∞１８）

摘要：

本文介绍了１种基干ＭｓＣ一５１单片机的数字频率计的设计方法，在软件设计上采用了单片机的Ｃ语言设计　频率计的软件，系统软件的设计筒单明了，在测量频率时采用的测频和测周相结合的方法，提高了频率计的测量精　度．　关键词：　数字频率计；单片机　文献标识码：

＂

中图分类号：唧３２

Ａ

文章编号：１００９—３５７５（２００７）０２—０１９ｌ一０２

ＴＨＥ　ＤＥＳＩＧＮ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＣＹＭＯＭＥＴＥＲ　ＢＡＳＥＤ　ＯＮ　ＴＨＥ

ＳＩＮＧＬＥ　ＣＨｌＰ　ＣＯＭＰＵＴＥＲ　Ｃ　ＬＡＮＧＵＡＧＥ

ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ，　ＹＡＮＧ　Ｙａｎ—ｌｉ，　ＭＡ　Ｕ—ｌｉ，

ＺＨＡＮＧ　Ｕ—ｑｉａｎ

（白Ｚ妇ｅ旷ｃ０唧ｌ娩ｒ觚ｄ蜘丌，ｚ口ｆ如ｎ踟驴删昭，胁ｎ盯胁，训缸Ａｇ廊＂拓咿础踟如哪蚵，胁１７访优０１００１８，仍ｆＭ）

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Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：

ｐｒｅｃｉｓｉ帆ｏｆ　ｔｌｌｅ　ｃｙｍ伽ｅｔｅｒ．　Ｄｉ百ｔａｌ

ｃｙＩ咖ｅｔｅｒ；

８ｉｎ—ｅ

ｃｌｌｉｐ咖ｐｕｔｅｒ

单片机Ｌ／Ｏ口的占用比例，为系统未来的功能扩展

１

系统构成

本系统中信号的核心处理部分是单片机，在系

留有一定的空间．觚３９Ｃ５１由于内部程序存储器采

用的是ｎＡＳＨ存储器，可以方便系统程序的修改和　升级，避免系统升级时更换芯片带来的硬件成本开　销，系统结构如图ｌ所示．

统设计时采用的时Ａ髑９Ｃ５１单片机，在ＬＥＤ显示驱

动部分采用的ＭＡⅪＭ公司生产的ＭＡＸ７２１９，由于　ＭＡｘ７２１９采用的是串行的数据传输方式，可以减少

－＋［虿夏垂基亘口＿［至至至垂叵］＿＋［亘亘蔓垂至夏］一＋［亘亘重芝基］

图１系统结构

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２系统硬件构成说明

２．１信号输入及处理部分　输入信号首先经过二极管限幅后送入Ｑｌ进行放　大，放大后的信号经集成电路进行整型后变换为标准的　数字信号，送人单片机的内部定时／计数器的输人端．　其中二极管Ｄ１的作用是对输人信号进行限幅，避免输　入信号过大而烧坏后面的整型电路；放大电路Ｑｌ的作　用是可以对输人的小信号进行放大．总之信号处理电　路的作用是可以扩展频率计所能测量的信号的范围．

１｝

莎一

图２信号处理　ｆ＇ｉｇ．２　Ｓｉ印ａｌ　Ａｐｐ∞∞ｈ

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收稿日期：２００６—１０一３０

作者简介：张杰（１９７２一），男（蒙古族），讲师，硬士，主要从事计算机硬件教学与研究．

万　方数据

１９２

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蒙

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农

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大

学

学

报

２００７年

２．２显示驱动芯片Ｍ√蝴２１９简介

ＭＡｘ７２１９是美国美信公司生产的８位动态ＬＥＤ　显示驱动器，ＭＡＸ７２１９和单片机通信时采用串行通　信的通信方式，其中的ＬＯＡＤ，ＣＬＫ，ＤＩＮ为通信时用　到的３条信号线．ＭＡｘ７２１９可以通过级连使用，扩　展ＬＥＤ显示器的显示驱动位数．在本系统中考虑　到频率测量的精读，ＭＡＸ７２１９驱动５位数码管，显示

ｌ／Ｔ，可以计算出输入信号的实际频率．　以下时通过测频的方法测试输入信号频率的程　序段

＇砸ＳＴ－ｊｒｅｑ（ｖｏｉｄ）｛

ｕｎｃｈａｒ　ｊ；ｕｎｉｍ跳；　ｔｉｍｅ＝Ｏ；ｔｉｍｅｌ＝Ｏ；ＴＭＯＤ＝Ｏｘ５ｌ；／／

＇ｎＭＥＲ０定时１．ＩＭＥＲｌ计数／／

ＥＡ＝Ｏ；ＥＴｌ＝Ｏ；Ｅ＇ＩＤ＝Ｏ；ＴＨｌ＝０Ｘｏｏ；

格式位ｘ）（Ⅺ（ｘ在测量频率时根据频率的变化移动

小数点所在的位置．另外当频率高于９９９９９Ｈｚ时×　１ＫＨｚ或×ｌＭＨｚ的量程自动切换指示灯自动点亮，　用此方法扩展频率计测量频率的范围．

７几ｌ＝ＯＸ００；ｒＩ＇Ｒ１＝ｌ；／／设置计数初值为Ｏ／／

ｄｅｌａｙ—ｌｍＳ（１０）；ＴＲｌ＝０；

髓＝ＴＨｌ＜＜８；姐＝觚＋，ＩＬｌ；

３

频率测量具体实现方法

在软件开发上我们采用Ｋｅｉｌ—Ｃ做为开发工具，

ｉｆ（触＞＝１００）／／测量频率过程

｛ｈｑ．觚；ｆｒｅｑ＝ｈｑ?１００；聆ｔ哪

（如ｑ）；｝

ｅｌｓｅ　ｌ　ＴＨｌ＝ＯＸ００；ＴＬｌ＝０Ｘ００；ＴＲｌ＝ｌ；

Ｋｅｉｌ—Ｃ７．Ｏ是ｗＩＮＤＯｗＳ平台下的单片机开发工　具，同时支持Ｃ语言和汇编语言编程，考虑到在频率　测量过程中有比较多的数学运算，所以在编程工具　上我们采用了Ｃ语言，这样开发过程就变的更加轻　松了．　为了保证频率计测量频率的精确程度能达到一　定的要求．在系统设计上采用测频（频率）和测周（周　期）相结合的方法实现．具体方法是，当信号经处理　送入单片机后，单片机先通过测周程序检测输入信　号的频率是否符合测频的频率范围，否则启动测周　程序通过测量输入信号的周期后计算出输入信号的　频率后在通ＬＥＤ显示器显示出具体的频率值．　测频原理，利用Ａ聪９Ｃ５ｌ内部的定时／计数器

ＴＬｌ；　＝１：

ｄｅｌａｙ一１ｍＳ（１００）；ＴＲｌ＝Ｏ；　强＝ＴＨｌ＜＜８；跳＝弛＋ＴＬｌ；　ｉｆ（能＞＝１００）

｛ｆｒｅｑ＝觚，ｈｑ＝＂ｑ宰ｌＯ；ｒｅｔ呦

（缸ｑ）；｝

ｅｌｓｅ｛ＴＨｌ＝０煳；ＴＬｌ＝０ＸＤｏ；ＴＲｌ

ｆｏｆ（ｊ＝ｌ；ｊ＜＝４；ｊ＋＋）　ｄｅｌａｙｊｍＳ（２５０）；ＴＲｌ＝０；

弛＝ＴＨｌ＜＜８；觚＝龃＋

０，和定时／计数器２结合完成，在初始化Ａ髑９Ｃ５１

时，把定时／计数器ｌ设置为计数方式，计数的信号　来源于单片机的引脚Ｔｌ，定时／计数器２设置为定时　方式，测频时，先启动Ｔｌ的定时过程，同时启动１０　的计数过程，当Ｔｌ定时结束时，停止ＴＤ的计数过　程．之后通过读取，ＩＤ的计数值Ｎ，就可以知道在Ｔｌ　所设定的时间ｔ内，通过计算可以得到输入信号的频　率为ｆ＝Ｎ／ｔ．当Ｔｌ定时时间设置为１００ｍＳ时，如果　定时结束读取的Ｎ值小于１００时，说明输入信号的　频率ｆ＜ｌｏｏ／ｏ．１１Ｋ　Ｈｚ．此时如果用测频的方法计　算所测信号的频率将产生较大的测试误差，因此我　们通过测量输入信号的周期的方法计算输入信号的　频率，即测周的方法来完成测试过程．测周原理，通　过程程序略｝　ｌ｝　ｒｅｔｕｍ（１－ｒｅｑ）；｝

ｉｆ（蚰＞＝ｌｏｏ）｛ｈｑ＝觚；　ｅｋ　ｌ　‖测量周期

４实际测量效果

经过调试，该频率计测量频率的精读达到　０．０１％，完全能够满足一般应用场合的频率测试需　求．现在我们所设计的频率计已经在通信原理实验　室的实验教学中投入了实际应用．　参考文献：

［１】　【２］　［３】　［４］　孙涵芳，徐爱卿．ＭＣＳ一５１单片机原理及应用［Ｍ）．北　京：北京航空航天大学出版社，２００１．　马忠梅，籍顺心．单片机的ｃ语言程序设计［Ｍ】．北　京：北京航空航天大学出版社，２００３．　朱昌铃．ＬＥＤ显示屏系统原理及工程技术（Ｍ】．电子　科技大学出版社，２００３．　Ｍ缸ｉｍ．Ｎ删Ｒｄｅａ∞ｓ

Ｄａｔａ

过重新初始化棚９Ｃ５ｌ内部的定时计数器０，使得

，ＩＤ工作在定时方式，输入端，ＩＤ设置为通用的Ｌ／Ｏ

引脚．当伯引脚进入的信号发生跳变时开始定时

过程．当１个周期信号结束时停止定时过程，此时定　时器的定时值Ｔ就是输入信号的周期，通过公式ｆ＝

Ｂｏｏｋ．ＵＳＡ：１９９７．

万　方数据

基于单片机Ｃ语言的数字频率计设计

作者：　作者单位：　刊名：　英文刊名：　年，卷（期）：　引用次数：　张杰，　杨艳丽，　马

莉莉，　张立倩，　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ，　ＹＡＮＧ　Ｙａｎ－ｌｉ，　ＭＡ　Ｌｉ－ｌｉ，　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｑｉａｎ　内蒙古农业大学计算机与信息工程学院，呼和浩特，０１００１８　内蒙古农业大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＩＮＮＥＲ　ＭＯＮＧＯＬＩＡ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＥＤＩＴＩＯＮ）　２００７，２８（２）　０次

参考文献（４条）　１．孙涵芳．徐爱卿　ＭＣＳ－５１单片机原理及应用　２００１　２．马忠梅．籍顺心　单片机的Ｃ语言程序设计　２００３　３．朱昌铃　ＬＥＤ显示屏系统原理及工程技术　２００３　４．Ｍａｘｉｍ　Ｎｅｗ　Ｒｅｌｅａｓｅｓ　Ｄａｔａ　Ｂｏｏｋ　１９９７

相似文献（１０条）　１．期刊论文　尹国光．Ｙｉｎ　Ｇｕｏｇｕａｎｇ　基于单片机的数字频率计的设计和仿真　－中国新通信２００８，１０（７）

本文以单片机为核心器件，实现了数字频率计的设计，并在Ｐｒｏｔｅｕｓ软件仿真环境下搭建仿真电路，采用Ｋｅｌｌ软件进行软硬联调，成功地实现了数字频率　计的仿真．

２．期刊论文　张青林　基于单片机和ＣＰＬＤ的数字频率计设计　－合肥学院学报（自然科学版）２０１０，２０（１）

介绍了以８９Ｓ５２单片机和复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）为核心的数字频率计的设计．利用ＣＰＬＤ来实现频率，周期，脉宽和占空比的测量计数；采用单片机　完成测试控制，数据处理和显示输出．同时，运用等精度的设计方法，克服了基于传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低的缺点　．实验结果表明，所设计的数字频率计性能稳定，测量精度高．

３．期刊论文　杨辉媛．谭伟杰．杨红海．Ｙａｎｇ　Ｈａｉ－ｙｕａｎ．Ｔａｎ　Ｗｅｉ－ｊｉｅ．Ｙａｎｇ　Ｈｏｎｇ－ｈａｉ　基于ＡＴ８９Ｃ５２单片数字频率计的　设汁　－电子质量２００８，＂＂（７）

介绍了频率测量的原理．给出一个单片数字频率计设计实例，采用从左到右的设计方法，以ＡＴ８９Ｃ５２单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信　号控制，数据运算，和数码管显示输出．本系统具有结构紧凑，体积小，可靠性高，测频范围宽，精度高等优点．

４．期刊论文　郭改枝．ＧＵＯ　Ｇａｉ－ｚｈｉ　基于复杂可编程逻辑器件的数字频率计的设计与实现　－内蒙古师范大学学报（自　然科学汉文版）２００５，３４（４）

采用自上向下的设计方法，设计了基于复杂可编程逻辑器件的数字频率计．以ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为系统的主控部件，完成电路的测试信号控制，数据运　算处理，键盘扫描和控制数码管显示．用ＶＨＤＬ语言编程，由ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４－１５完成各种时序控制及计数功能．该　系统具有结构紧凑，可靠性高，测频范围宽和精度高等特点．

５．会议论文　候雨　宽频带数字频率计　２００７

本论文以单片机为核心设计了一种用于测量频率，周期和时间间隔的仪器，利用单片机的数学运算和控制功能，结合部分中规模数字电路，实现了测量　中的量程自动切换，具有测量占空比，频率比，周期比，时间差等功能．

６．学位论文　刘夫江　基于单片机和ＣＰＬＤ的等精度数字频率计设计　２００７

频率检测是电子测量领域的最基本也是最重要的测量之一．频率信号抗干扰能力强，易于传输，可以获得较高的测量精度，所以测频率方法的研究　越来越受到重视．本课题的等精度数字频率计设计，采用当今电子设计领域流行的ＥＤＡ技术，以ＣＰＬＤ为核心，配合ＡＴ８９Ｃ５１单片机，采用多周期同步测频　原理，实现了０．１Ｈｚ－５０ＭＨｚ信号频率的等精度频率测量，此外，该系统还可以测方波信号宽度及高，低电平的占空比．　设计中用一块复杂可编程逻辑器件ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｌｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）芯片ＥＰＭ７１２８ｂＬＣ８４－１５完成各种时序逻辑控制，计数功能．在　Ｑｕａｒｔｕｓ　Ⅱ平台上，用ＶＨＤＬ语言编程完成了ＣＰＬＤ的软件设计，编译，调试，仿真和下载．用ＡＴ８９Ｃ５１单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信　号控制，数据运算处理，键盘扫描和控制数码管的显示输出．系统将单片机ＡＴ８９Ｃ５１的控制灵活性及ＣＰＬＤ芯片的现场可编程性相结合，不但大大缩短了开　发研制周期，而且使本系统具有结构紧凑，体积小，可靠性高，测频范围宽，精度高等优点．　本文详细论述了系统自上而下的设计方法及各部分硬件电路组成及单片机，ＣＰＬＤ的软件编程设计．使用以ＧＷ４８－ＣＫ　ＥＤＡ实验开发系统为主的实验环境　下进行了仿真和硬件验证，达到了较高的测量精度和测量速度．

７．期刊论文　赵贺　基于单片机等精度数字频率计的设计与实现　－硅谷２００８，＂＂（１９）

该系统以ＡＴ９０Ｓ８５１５单片机为核心，应用单片机的运算和控制功能并采用等精度测量原理，应用ＬＥＤ显示器实时地将所测频率显示出来，在实际应用中　既能满足测量的精度要求，又具有很好的性能价格比．

８．期刊论文　司佑全．ＳＩ　Ｙｏｕ－ｑｕａｎ　基于单片机的数字频率计设计与制作　－湖北师范学院学报（自然科学版）　２００５，２５（２）

介绍了利用ＧＭＳ９７Ｃ２０５１单片机实现频率测量的原理及其硬件结构和软件设计．该方法测量误差小，价格低，结构简单，可作为测试仪器使用．

９．期刊论文　陈君　浅析单片机的简易数字频率计　－硅谷２００９，＂＂（３）

一，前言　本文以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为控制器件的频率测量方法，并用汇编语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路，得以高低频率的测量．根据频率计的　特点，可广泛应用于各种测试场所．　二，系统概述　本文设计了一种基于单片机的简易数字频率计．

（一）系统设计任务　设计一简易数字频率计，其基本要求是：　（１）被测信号可以是正弦波，三角波，方波．（２）频率测量范围为０．１ＨＺ－１０ＭＨＺ信号．

１０．期刊论文　刘竹琴．白泽生．ＬＩＵ　Ｚｈｕｑｉｎ．ＢＡＩ　Ｚｅｓｈｅｎｇ　一种基于单片机的数字频率计的实现　－现代电子技术　２０１０，３３（１）

设计一种以单片机ＡＴ８９Ｃ５１为核心的数字频率计，介绍了单片机，数字译码和显示单元的组成及工作原理．测量时，将被测输入信号送给单片机，通过程　序控制计数，结果送译码器７４ＬＳ１４５与移位寄存器７４ＬＳ１６４，驱动ＬＥＤ数码管显示频率值．通过测量结果对比，分析了测量误差的来源，提出了减小误差应采取　的措施．频率计具有电路结构简单，成本低，测量方便，精度较高等特点，适合测量低频信号．

本文链接：ｈｔｔｐ：／／ｄ．ｇ．ｗａｎｆａｎｇｄａｔａ．ｃｏｍ．ｃｎ／Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ＿ｎｍｇｎｙｄｘｘｂ２００７０２０４４．ａｓｐｘ　下载时间：２０１０年６月４日

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