目 录
一、 引言 1
（一） 数字频率计的发展背景 1
（二） 数字频率计的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的方案对比 3
（二） STC89C51单片机概述 3
（三） LM393比较器芯片概述 4
（四） LCD1602屏幕概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 数字频率计控制系统方案设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统 6
（三） LM393比较器电路设计 7
（四） LCD1602显示器外围电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） LCD1602屏幕显示流程设计 9
五、 仿真调试 11
（一） 方波频率测量 12
（二） 正弦波频率测量 14
总结 15
致谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元件列表 21
附录四 程序 22
引言
数字频率计的发展背景
频率计指的是能够对信号进行快速测量的一种电子仪器，它有别于示波器和频谱仪中的频率测量功能，示波器虽然也能够对频率进行测量，但是其测量结果的精度和准确度非常低，不能够应用在一些高精度测绘场合，而频谱仪的频率测量结果虽然具有较高的精度和准确度，然而其测量速度却非常地慢，在一些快速信号测量场合，不能担当重任。频率计的出现，具有示波器的快速性以及频谱仪的高精度性的特点，使得它能够在绝大多数频率测量中得到广泛使用。频率计控制系统通常由控制模块、显示模块、时基模块以及计数模块组成，其性能以及功能受主控微处理器的制约，因此目前市面上频率测量范围最大、测量结果精度和准确性最高的一类频率计全由FPGA或者ARM芯片作为主控核心，而一些成本较低性能中等的频率计采用普通单片机作为主控。频率计控制系统的发展主要得益于数字器件以及电子技术的发展与成熟，在
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及频谱仪的高精度性的特点，使得它能够在绝大多数频率测量中得到广泛使用。频率计控制系统通常由控制模块、显示模块、时基模块以及计数模块组成，其性能以及功能受主控微处理器的制约，因此目前市面上频率测量范围最大、测量结果精度和准确性最高的一类频率计全由FPGA或者ARM芯片作为主控核心，而一些成本较低性能中等的频率计采用普通单片机作为主控。频率计控制系统的发展主要得益于数字器件以及电子技术的发展与成熟，在这之前，历史上也有能够实现频率测量的仪器出现，只是当时集成技术还没发展，因此整个仪器的电路都采用分立元件进行搭建，仪器的外形体积和重量都相当惊人，不但如此，其稳定性也是时好时坏，当将其投入频率测量使用时，受到其稳定性的影响，往往工作不顺利，另外其维修也十分不易。在电路集成技术发展成熟以后，频率计中的分立器件、模拟电路模块都可以通过集成芯片代替，这时的频率计体积就大大缩小，仪器的稳定性和性能都大幅提高。在单片机技术成熟后，有产生了一种更加直接的频率测量方法，这主要得益于单片机内部的管脚中断和计时器模块，在片外结合整形模块将信号整形成频率相同的方波脉冲并输入到单片机的中断管脚，由于中断管脚能沟通分辨出方波的上升沿和下降沿，这样当上升沿到来时启动定时器开始计时，下一个上升沿再次来临时停止计时，这样一个方波脉冲的周期就被采集到，实现了频率测量，然而这种管脚中断的处理时间往往很长，相对于FPGA的测频方案，以单片机做主控核心不能够实现较宽的测频范围。
数字频率计的国内外发展现状
性能优良、操作方便的频率计对企业以及科研的发展是具有极大推动作用的，在晶振生产工厂里，频率计能够快速地测量出不合格产品，并且能够将不合格晶振的输出频率快速测量出来，使得企业能够及时修正生产参数；而在通信实验室内，混频、跳频等技术都离不开频率计，因此目前国内外对于频率计的研究十分广泛，研究重点不但要提高频率计的精度，更加重要的是如何使频率计功能多样化，研究者的研究目标是如何将频率测量、波形测量以及频谱分析结合在一起，由于目前市场上已经有相关产品，因此研究者正在不断将这三个功能的精度以及测量速度提高。
本文主要研究内容
本文主要以基于单片机的数字频率计控制系统作为研究对象，设计了一款通过STC89C51单片机作为主控芯片的频率计，并实现了如下功能：
能够对0至1MHz范围内的正弦波、方波以及三角波进行快速的频率测量；
通过液晶屏显示频率测量结果；
系统采用正5V直流电压进行供电。
方案选择及元器件介绍
主控核心的方案对比
方案一：选择中国宏晶公司推出的8位单片机STC89C51单片机作为本控制系统的主控单片机，STC89C51单片机同美国ATMEL公司的AT89C51属于同一种类型的单片机，都属于C51，片内采用INTEL公司的MCS-51内核作为片内的CPU，在CPU外部集成了一些常用的外围模块，如UART串口、两个外部中断管脚以及定时器模块等。STC89C51单片机的定时器是一款具有16位精度的高性能定时器，它的精确定时使得它能够应用在一些需要精确定时的场合。由于大学期间对51单片机有过系统的学习，并且已经掌握了其使用方法，因此本系统选择STC89C51单片机作为主控核心，能够大大缩短毕业设计的开发周期。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司研发的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12C508单片机，这款单片机凭借着超低的成本以及极强的功能在摩托车点火器的应用中得到了一致的好评。PIC单片机的另一大优点是其极强的保密性能，一旦程序烧入进其FLASH，内部的熔断丝将迅速熔断，FLASH上的代码将不能被破解，这点是C51单片机所不具备的。在集成度方面，PIC单片机也有着很高的集成度，很多型号片内集成了大多数常用的模块，但是其缺点是相比于普通的C51单片机，成本较高。
通过对上述两款单片机在性价比以及自身知识掌握程度方面的权衡，本课题最终决定选用C51单片机作为主控核心，这样不但能够降低毕业设计的成本，更能保证毕业设计的质量。
STC89C51单片机概述
STC89C51单片机是中国宏晶公司早期推向市场的一款8位数据处理宽度的高性能单片机，这款单片机的主要竞争对象是ATMEL公司的AT89C51单片机，通过两款芯片名称可以发现它们全属于C51单片机，内核全部采用INTEL公司在上世纪研发的MCS-51作为CPU，下图2-1是STC89C51单片机芯片的外形图。在能耗方面，宏晶公司突破了AT89C51单片机的高功耗缺点，将独特的电源处理模块植入到了STC89C51芯片内部，使得STC89C51能够在3.3V直流电压下正常工作，另外其宽电压工作特点使得它能够最大在6.5V下工作。宏晶公司为了降低该芯片的功耗，还做了另外一个非常重要的改进，使得STC89C51单片机能够在0至35M的时钟频率下工作，由于越高的频率将带来越高的功
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