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基于AT89C51单片机嵌入式频率

计的设计

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基于AT89C51单片机嵌入式频率计的设计

1引言

本频率计的设计以AT89C51单片机为核心，利用他内部的定时／计数器完

成待测信号周期／频率的测量.单片机AT89C51内部具有2个16位定时／计数

器，定时／计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要

求的功能。在定时器工作方式下，在被测时间间隔内,每来一个机器周期，计数

器自动加1（使用12MHz时钟时,每1μs加1),这样以机器周期为基准可以用来

测量时间间隔。在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0

的跳变时计数器加1,这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外

部输入在每个机器周期被采样一次,这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个

机器周期（24个振荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的1／24（使用12

MHz时钟时,最大计数速率为500kHz）。定时／计数器的工作由运行控制位TR

控制，当TR置1，定时／计数器开始计数；当TR清0，停止计数。

本设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测

量结果为3位有效数字，这时如果待测信号的频率为1Hz,则计数闸门宽度必须

大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量工作分为

两种方法：

（1）当待测信号的频率＞100Hz时，定时／计数器构成为计数器,以机器

周期为基准，由软件产生计数闸门，计数闸门宽度＞1s时，即可满足频率测量

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结果为3位有效数字；

（2)当待测信号的频率＜100Hz时，定时／计数器构成为定时器，由频率

计的予处理电路把待测信号变成方波，方波宽度等于待测信号的周期.这时用方

波作计数闸门，当待测信号的频率＝100Hz，使用12MHz时钟时的最小计数

值为10000，完全满足测量精度的要求.

2频率计的量程自动切换

使用计数方法实现频率测量时，外部的待测信号为单片机定时／计数器的计

数源,利用软件延时程序实现计数闸门.频率计的工作过程为：定时／计数器的计

数寄存器清0，运行控制位TR置1，启动定时／计数器工作;运行软件延时程序，

同时定时／计数器对外部的待测信号进行计数，延时结束时TR清0，停止计数.

从计数寄存器读出测量数据，测量数据在完成数据处理后，由显示电路显示测量

结果。

使用定时方法实现频率测量时,外部的待测信号通过频率计的预处理电路变

成宽度等于待测信号周期的方波,该方波同样加至定时／计数器的输入脚.工作高

电平是否加至定时／计数器的输入脚;当判定高电平加至定时／计数器的输入

脚，运行控制位TR置1，启动定时／计数器对单片机的机器周期的计数，同时

检测方波高电平是否结束;当判定高电平结束时TR清0，停止计数,然后从计数

寄存器读出测量数据。这时读出的数据反映的是待测信号的周期，通过数据处理

把周期值变换成频率值，由显示电路显示测量结果.

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测量结果的显示格式采用科学计数法，即有效数字乘以10为底的幂。这里

设计的频率计用5位数码管显示测量结果：前3位为测量结果的有效数字；第4

位为指数的符号；第5位为指数的值。采用这种显示格式既保证了测量结果的显

示精度，又保证了测量结果的显示范围（0．100Hz～9．99MHz）.

频率计测量量程自动转换的过程由频率计测量量程的高端开始.由于只显示

3位有效数字，测量量程的高端计数闸门不需要太宽，例如在进入计数