基于AT89C51单片机的量程自切换频率计

摘要：量程自切换频率计采用AT89C51单片机控制，主要由信号放大整形电路，单片机控制电路，分频电路，信号显示电路以及电源电路五个模块组成。本文阐述了系统的硬件组成及工作原理，论证了设计方案的可行性。系统程序采用C语言编写，经Keil软件进行调试后在Prote us软件中进行仿真，并且经过实物的测试，可以实现对不同波形的频率进行测量。具有自动切换并指示量程，精度较高，测量范围较大等特点。
关键词：单片机；量程；自切换；频率计

近年来，随着科学技术的快速发展，特别是类似单片机等相关集成电路生产技术的快速堀起，推动了仪器仪表及家电产业的快速发展，用程序代码来简化硬件电路的复杂程度，使其不断向着体积小，价格低廉，功能更加多样化、智能化的方向发展。功能齐全，价格低廉的产品越来越受到人们的青睐，当然，科技的发展最先受益的还是从事前沿科技研究领域的人员，对于他们来说，一款好的测量设备将为他们的研究工作带来便利的同时也减轻很多负担。就目前而言，高端仪器设备很多均依赖进口，研究并制造出属于我们国家自己的高端仪器设备将是我们一直努力的方向，而且也具有非常广阔的发展前景。

1 硬件电路设计
本设计主要由信号采集电路、放大整形电路、分频电路、信号处理电路、电源电路和显示电路等模块组成。当采集到的被测信号经过放大整形电路后被整形为幅度适中的矩形波后，根据其频率的高低选择相应的分频电路对其进行适当的分频处理，然后单片机对分频后的信号进行测频，再经过处理后将结果送出去，驱动显示电路输出的数字频率信息，同时指示相应的量程，从而实现对频率的自动测量和显示。频率计的总体工作原理框图如图1所示。

1．1 放大整形电路的设计
9013是一种NPN结构的三极管，集电极和发射极之间的最高电压25 V，集电极和基极之间的最高电压为45 V，发射极和基极之间的最高电压为5 V，集电极的最高电流0．5 A；三极管的最高耗散功率为0．625 W，最高的结温为150℃，其特征频率为150 MHz；放大倍数范围是40倍～110倍；工作温度范围为-55～+150℃；74LS14是一种双列直插式封装具有六反相器的施密特触发器，其工作的最高电源电压为7 V，工作环境温度范围为0～70℃；三极管9013和施密特触发器74LS14一起构成的放大整形电路能够有效的对方波，正弦波，矩形波，三角波等信号进行放大和整形，并且能够稳定的输出，具有较强的驱动能力，能够满足本课题对0 Hz～20 MHz的频率范围要求。三极管9013和施密特触发器74LS14构成的放大整形电路如图2所示。

1. 2 信号分频部分电路设计
74LS161为二进制同步计数器，具有同步预置数、异步清零以及保持等功能。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器；74LS151是具有选通输入端，互补输出的8选1数据选择器，数据选择端(ABC)按二进制译码，以从8个数据(D0～D7)中选取1个所需的数据。
数据选择器74LS151与计数器74LS161构成的分频电路能够比较方便的完成对信号的分频处理，通过数据选择器来控制计数器构成的分频器工作，从而实现对不同数量级的频率信号进行有效的分频处理；为后续电路的顺利进行提供必要的保证。信号分频模块的电路图如图3所示。