基于AT89C51單片機(jī)的量程自切換頻率計(jì)

摘要：量程自切換頻率計(jì)采用AT89C51單片機(jī)控制，主要由信號放大整形電路，單片機(jī)控制電路，分頻電路，信號顯示電路以及電源電路五個(gè)模塊組成。本文闡述了系統(tǒng)的硬件組成及工作原理，論證了設(shè)計(jì)方案的可行性。系統(tǒng)程序采用C語言編寫，經(jīng)Keil軟件進(jìn)行調(diào)試后在Prote us軟件中進(jìn)行仿真，并且經(jīng)過實(shí)物的測試，可以實(shí)現(xiàn)對不同波形的頻率進(jìn)行測量。具有自動(dòng)切換并指示量程，精度較高，測量范圍較大等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；量程；自切換；頻率計(jì)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是類似單片機(jī)等相關(guān)集成電路生產(chǎn)技術(shù)的快速堀起，推動(dòng)了儀器儀表及家電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，用程序代碼來簡化硬件電路的復(fù)雜程度，使其不斷向著體積小，價(jià)格低廉，功能更加多樣化、智能化的方向發(fā)展。功能齊全，價(jià)格低廉的產(chǎn)品越來越受到人們的青睞，當(dāng)然，科技的發(fā)展最先受益的還是從事前沿科技研究領(lǐng)域的人員，對于他們來說，一款好的測量設(shè)備將為他們的研究工作帶來便利的同時(shí)也減輕很多負(fù)擔(dān)。就目前而言，高端儀器設(shè)備很多均依賴進(jìn)口，研究并制造出屬于我們國家自己的高端儀器設(shè)備將是我們一直努力的方向，而且也具有非常廣闊的發(fā)展前景。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主要由信號采集電路、放大整形電路、分頻電路、信號處理電路、電源電路和顯示電路等模塊組成。當(dāng)采集到的被測信號經(jīng)過放大整形電路后被整形為幅度適中的矩形波后，根據(jù)其頻率的高低選擇相應(yīng)的分頻電路對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸l處理，然后單片機(jī)對分頻后的信號進(jìn)行測頻，再經(jīng)過處理后將結(jié)果送出去，驅(qū)動(dòng)顯示電路輸出的數(shù)字頻率信息，同時(shí)指示相應(yīng)的量程，從而實(shí)現(xiàn)對頻率的自動(dòng)測量和顯示。頻率計(jì)的總體工作原理框圖如圖1所示。

1．1 放大整形電路的設(shè)計(jì)
9013是一種NPN結(jié)構(gòu)的三極管，集電極和發(fā)射極之間的最高電壓25 V，集電極和基極之間的最高電壓為45 V，發(fā)射極和基極之間的最高電壓為5 V，集電極的最高電流0．5 A；三極管的最高耗散功率為0．625 W，最高的結(jié)溫為150℃，其特征頻率為150 MHz；放大倍數(shù)范圍是40倍～110倍；工作溫度范圍為-55～+150℃；74LS14是一種雙列直插式封裝具有六反相器的施密特觸發(fā)器，其工作的最高電源電壓為7 V，工作環(huán)境溫度范圍為0～70℃；三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14一起構(gòu)成的放大整形電路能夠有效的對方波，正弦波，矩形波，三角波等信號進(jìn)行放大和整形，并且能夠穩(wěn)定的輸出，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，能夠滿足本課題對0 Hz～20 MHz的頻率范圍要求。三極管9013和施密特觸發(fā)器74LS14構(gòu)成的放大整形電路如圖2所示。

1. 2 信號分頻部分電路設(shè)計(jì)
74LS161為二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，具有同步預(yù)置數(shù)、異步清零以及保持等功能。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器；74LS151是具有選通輸入端，互補(bǔ)輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)選擇端(ABC)按二進(jìn)制譯碼，以從8個(gè)數(shù)據(jù)(D0～D7)中選取1個(gè)所需的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)選擇器74LS151與計(jì)數(shù)器74LS161構(gòu)成的分頻電路能夠比較方便的完成對信號的分頻處理，通過數(shù)據(jù)選擇器來控制計(jì)數(shù)器構(gòu)成的分頻器工作，從而實(shí)現(xiàn)對不同數(shù)量級的頻率信號進(jìn)行有效的分頻處理；為后續(xù)電路的順利進(jìn)行提供必要的保證。信號分頻模塊的電路圖如圖3所示。