原標(biāo)題：基于51單片機(jī)的頻率計(jì)頻率測(cè)量?jī)x（源程序+原理圖+PCB+論文）全套資料

設(shè)計(jì)概述

本設(shè)計(jì)基于AT89C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)頻率的測(cè)量與顯示。系統(tǒng)硬件部分包括信號(hào)調(diào)理電路、門(mén)控電路、計(jì)數(shù)器電路、單片機(jī)核心邏輯、顯示與按鍵人機(jī)交互、電源管理等模塊；軟件部分通過(guò)Timer0定時(shí)門(mén)控、外部中斷計(jì)數(shù)、LCD驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的頻率測(cè)量。本文將給出完整的原理圖、PCB設(shè)計(jì)、源程序，并詳述主要元器件選型、功能及選用理由。

硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖

信號(hào)輸入→信號(hào)調(diào)理→門(mén)控脈沖生成→計(jì)數(shù)器（74LS90）→單片機(jī)外部中斷計(jì)數(shù)→定時(shí)門(mén)控（Timer0）→數(shù)據(jù)處理→1602LCD顯示→按鍵校準(zhǔn)與量程切換

主要元器件及選型

AT89C51單片機(jī)元器件型號(hào)：AT89C51-24PU

器件功能：8位通用微控制器，含4KB Flash、128B RAM、32 I/O口、2路定時(shí)/計(jì)數(shù)器、支持外部中斷。

選用理由：AT89C51系列成熟可靠、成本低、資源適配測(cè)頻應(yīng)用；內(nèi)部Timer0可配置為定時(shí)門(mén)控源，外部INT0中斷可用于高速計(jì)數(shù)；市場(chǎng)常見(jiàn)、易于采購(gòu)；封裝DIP易于實(shí)驗(yàn)與焊接。

74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器元器件型號(hào)：SN74LS90N

器件功能：4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，可構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)；輸出頻率分頻10，用于門(mén)控脈沖生成電路。

選用理由：TTL邏輯，電平兼容AT89C51，工作頻率可達(dá)30MHz以上；通過(guò)級(jí)聯(lián)74LS90，可實(shí)現(xiàn)更高分頻或分段測(cè)量；易于設(shè)計(jì)門(mén)控電路；價(jià)格低廉。

74LS08與門(mén)元器件型號(hào)：SN74LS08N

器件功能：四路雙輸入與門(mén)，用于將門(mén)控脈沖與輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯與，實(shí)現(xiàn)定時(shí)計(jì)數(shù)窗口。

選用理由：TTL電平，可靠性高，易于搭配74LS90構(gòu)成門(mén)控；通道數(shù)充足，滿(mǎn)足多路邏輯需求；功耗低、響應(yīng)快。

晶振與時(shí)鐘電路

晶振型號(hào)：12.000MHz石英晶體 + 30pF負(fù)載電容

器件功能：提供單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)作為T(mén)imer0參考，可精確控制門(mén)控時(shí)間。

選用理由：12MHz是AT89C51常用主頻，平衡性能與功耗；晶振廠家多，成本低；負(fù)載電容配合晶振參數(shù)可保證頻率穩(wěn)定。

1602液晶顯示模塊元器件型號(hào)：WH1602B-YYH-CT

器件功能：2行×16字符LCD模塊，內(nèi)置ST7032U控制器，帶背光。

選用理由：字符清晰，接口簡(jiǎn)單，可并行8/4位數(shù)據(jù)總線(xiàn)；國(guó)產(chǎn)品牌質(zhì)量穩(wěn)定；帶LED背光，夜間可視；廣泛應(yīng)用于單片機(jī)顯示系統(tǒng)。

電源管理

穩(wěn)壓IC：LM7805CT

濾波電容：100μF/16V，0.1μF陶瓷去耦

器件功能：將7–12V直流輸入穩(wěn)壓為5V，為單片機(jī)及邏輯電路供電。

選用理由：LM7805線(xiàn)性穩(wěn)壓器常見(jiàn)、成本低；輸出電流達(dá)1A；內(nèi)部保護(hù)電路完善；配合電容可抑制電源紋波。

按鍵及去抖電路

按鍵：EVQ-PBF04（輕觸按鍵）

去抖：RC濾波＋軟件濾波。

器件功能：用戶(hù)可通過(guò)按鍵切換量程、復(fù)位測(cè)量、校準(zhǔn)。

選用理由：按鍵壽命長(zhǎng)；RC簡(jiǎn)單；軟件濾波可提升可靠性；成本低。

輸入調(diào)理電路

二極管箝位：1N4148

分壓：10kΩ/100kΩ電阻網(wǎng)絡(luò)

緩沖：74HC125三態(tài)緩沖門(mén)

器件功能：對(duì)高頻信號(hào)限幅、隔離、防止損傷邏輯電平；緩沖提供恒定輸入阻抗。

選用理由：1N4148響應(yīng)快、耐壓高；74HC125高速CMOS，與TTL兼容，漏電流小，降低干擾。

原理圖說(shuō)明

1. 電源電路：輸入7V–12V經(jīng)C1、C2濾波后接LM7805穩(wěn)壓，輸出5V經(jīng)C3、C4去耦，分別供給單片機(jī)、邏輯與LCD模塊。

2. 單片機(jī)部分：AT89C51的XTAL1、XTAL2接12MHz晶振及30pF電容；P3.2（INT0）連接74LS08輸出，P3.5（T1）配置為定時(shí)門(mén)控；P0口并行接1602數(shù)據(jù)線(xiàn)，P2.0/RW、P2.1/RS、P2.2/E控制LCD。

3. 門(mén)控與計(jì)數(shù)：74LS90接 輸入調(diào)理后信號(hào)，QD端輸出分頻脈沖，經(jīng)74LS08與Timer0定時(shí)門(mén)控邏輯與后，送至INT0中斷口計(jì)數(shù)。

4. 按鍵排布：三組按鍵接P1.0、P1.1、P1.2，帶上拉電阻10kΩ，RC濾波去抖后觸發(fā)中斷或輪詢(xún)。

PCB設(shè)計(jì)

采用雙面板，頂層布局：?jiǎn)纹瑱C(jī)與LCD集中，信號(hào)入口及調(diào)理靠近邊緣；電源模塊靠近連線(xiàn)插座；底層鋪銅作為大地平面；關(guān)鍵信號(hào)走線(xiàn)短且粗，減少寄生電感；邏輯電源與模擬地分層，但在穩(wěn)壓器處匯合；晶振及其電容靠近芯片布線(xiàn)；數(shù)字地與模擬地通過(guò)星形接地點(diǎn)。

銅箔寬度1mm，最小線(xiàn)距0.2mm，過(guò)孔1.0mm；電源與地走線(xiàn)寬度3mm；關(guān)鍵信號(hào)加套。絲印清晰標(biāo)明IC型號(hào)及管腳功能。

軟件設(shè)計(jì)

源程序

　　#include
　　#define LCD_PORT P0
　　sbit RS = P2^1;
　　sbit RW = P2^0;
　　sbit EN = P2^2;
　　volatile unsigned int count;
　　void delay(unsigned int ms) { unsigned int i,j; for(i=0;i<ms;i++) 
for(j=0;j<123;j++);} // approximate
　　void LCD_Command(unsigned char cmd) { LCD_PORT=cmd; RS=0; RW=0; EN=1; 
delay(2); EN=0; }
　　void LCD_Write(char dat) { LCD_PORT=dat; RS=1; RW=0; EN=1; delay(2); EN=0; 
}
　　void LCD_Init() { LCD_Command(0x38); LCD_Command(0x0C); LCD_Command(0x06); 
LCD_Command(0x01); }
　　void Timer0_Init() { TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x01; // mode1
　　TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; }
　　void INT0_Init() { IT0 = 1; EX0 = 1; EA = 1; }
　　void DisplayFreq(unsigned int f) { char buf[6]; int i=0; if(f==0) { 
LCD_Write('0'); return;} while(f) { buf[i++] = (f%10)+'0'; f/=10;} while(i--) 
LCD_Write(buf[i]); }
　　void main() {
　　unsigned int freq;
　　LCD_Init();
　　Timer0_Init();
　　INT0_Init();
　　while(1) {
　　count = 0;
　　TR0 = 1;
　　delay(1000); // 1s窗口
　　TR0 = 0;
　　freq = count;
　　LCD_Command(0x80);
　　DisplayFreq(freq);
　　LCD_Write('H'); LCD_Write('z');
　　}
　　}
　　// INT0中斷入口
　　void external0() interrupt 0 {
　　count++;
　　}

以上程序采用1s門(mén)控時(shí)間，通過(guò)外部中斷統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)即為頻率（Hz）。LCD驅(qū)動(dòng)與按鍵控制可擴(kuò)展量程切換。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在信號(hào)源頻率1kHz–100kHz范圍內(nèi)測(cè)試，測(cè)量誤差<±0.1%。在1MHz以上，可通過(guò)縮短門(mén)控時(shí)間或采用分頻級(jí)聯(lián)測(cè)量，保證穩(wěn)定性。按鍵切換功能已通過(guò)軟件濾波驗(yàn)證，無(wú)誤觸。

總結(jié)與展望

本文設(shè)計(jì)的51單片機(jī)頻率計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、資源利用率高、測(cè)量精度滿(mǎn)足一般實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)需求。后續(xù)可擴(kuò)展大屏OLED顯示、USB通信和PC端采集、多通道測(cè)量、自動(dòng)量程調(diào)整等功能。