淺談頻率測量電路的硬件設(shè)計

近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，頻率信號測量在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。然而，以往由邏輯電路和時序電路設(shè)計的頻率計一般測量的頻率范圍較小，運行速度較慢?；?a target="_blank">單片機的頻率測量電路的方法介紹了就是被測頻率信號通過放大器放大和處理，然后放大脈沖信號的形狀和頻率分裂，最后是衡量單片機處理器頻率信號。

1 頻率測量電路的設(shè)計原理

頻率測量電路設(shè)計原則。第一個頻率信號通過放大器放大處理，測量的脈沖信號放大整形、分頻處理，然后由單片機控制通道選擇器選擇頻率，所選頻率信號進入單片機，最后使用單片處理器基于標準頻率信號測量點后被測信號的頻率。

2 頻率測量電路的硬件設(shè)計

基于測頻電路硬件的單片機設(shè)計主要由單片機、放大器整形電路、分頻電路和顯示電路組成。

AT89C51 單片機是典型的 MCS-51 系列單片機，由于其優(yōu)異的性能得到了廣泛的應(yīng)用。首先，程序?qū)懫饋肀容^方便，這是因為單片機程序內(nèi)存采用閃存。其次，芯片尺寸更小，整體電路尺寸更小，功能更強大，性價比更高。該芯片包含 8kB 的準備寫入只讀存儲器和 256B ram， 32 條 I/O 接口線，3 條 16 位定時 / 定時器，片上振蕩器和時鐘電路。同時，8 位單片機的總線結(jié)構(gòu)可以與 SA4828 完全兼容并直接連接。以 AT89C51 單片機作為頻率測量電路的控制核心，可以滿足頻率測量的要求。單片機可以采集測量信號，選擇不同的頻率輸入，提供標準的測量信號，測量脈沖數(shù)，計算出測量信號的頻率。因此，本設(shè)計基于 AT89C51 單片機的頻率測量電路。

在基于單片機的測頻電路設(shè)計中，放大器整形電路由 3DG100、74LS00、2N3904 等高頻晶體管組成。該放大器由晶體管和其他電子元件組成，放大輸入頻率信號，包括三角波、方波和正弦波。放大后，通過觸發(fā)器整形對輸出波形頻率信號進行處理，輸出矩形脈沖信號。

在設(shè)計基于單片機的頻率測量電路、分頻模塊主要用于擴大測量范圍的頻率測量電路，并進行分頻處理收集被測頻率信號，這有利于單一產(chǎn)品的頻率測量機，也可以減少誤差引起的系統(tǒng)測量頻率。由于本設(shè)計選用的單片機型號為 AT89C51，故測頻電路設(shè)計采用 74LS161 分頻 16，JK 觸發(fā)器 512 分頻設(shè)計。

在基于單片機的顯示模塊電路的測頻電路設(shè)計中，顯示電路的動態(tài)顯示部分采用四位共陽極數(shù)碼管。為了保證頻率值的顯示清晰明亮，我們使用了 4 個 PNP 晶體管進行驅(qū)動，便于觀察和測量。為了保證數(shù)碼管顯示清晰的數(shù)值，本設(shè)計增加了 74L246 來驅(qū)動數(shù)碼管，方便了頻率值的測量和調(diào)試。頻率顯示采用 8 位電子管，動態(tài)顯示采用共陽極電子管 74LS246。

3. 頻率測量電路軟件模塊設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計頻率測量電路系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。整個測頻系統(tǒng)主要由初始化模塊、信號測頻模塊、量程轉(zhuǎn)換模塊和量值顯示模塊組成。基于單片機的頻率測量電路需要在每次測量前后對系統(tǒng)進行初始化。初始化過程主要是在單片機內(nèi)部設(shè)置定時 / 計數(shù)器、工作寄存器等控制單元的工作模式。當系統(tǒng)開始測量頻率時，單片機對寄存器進行計數(shù)，對測量到的頻率信號進行計數(shù)。判斷被測頻率信號的有效位是否滿足要求。如果沒有，則繼續(xù)測量，直到測量值滿足要求，并將測量的頻率值輸出到電路顯示模塊。測頻電路系統(tǒng)首先對高頻信號進行分頻處理，然后利用單片機對頻率信號進行技術(shù)測量。對于低頻信號，不需要分頻處理，直接進行頻率信號測量，不僅擴大了測頻范圍，而且提高了測頻電路的測量精度。

3.2 中斷服務(wù)子程序設(shè)計時頻率測量電路、單片機定時器的定時狀態(tài)，設(shè)置每 50 毫秒的時間，當中斷時間大約 1 s 單片機產(chǎn)生標準信號，然后 T0 定時器計數(shù)模式，統(tǒng)計頻率信號數(shù)，因為每一秒在啟動和關(guān)閉定時器的開始和結(jié)束，因此定時器的統(tǒng)計數(shù)字和頻率劃分系數(shù)的乘積的測量頻率值。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，頻率測量在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機應(yīng)用廣泛，控制功能強大，價格低廉。本文是基于單片機控制的頻率測量電路，使用放大器塑造模塊來處理測量信號，利用頻分模塊分頻的頻率信號，利用數(shù)字顯示電路顯示頻率測量的結(jié)果，真正實現(xiàn)數(shù)字化的頻率測量，智能、自動化。本文設(shè)計的基于單片機的頻率測量電路具有整體結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、測量精度高、測量范圍寬、響應(yīng)速度快、使用方便、靈活等特點。

審核編輯黃昊宇