在本項(xiàng)目中，我將設(shè)計(jì)并演示一個(gè)簡(jiǎn)單的頻率計(jì)數(shù)器電路，可用于測(cè)量信號(hào)的頻率。本項(xiàng)目基于 8051 微控制器，不過您也可以設(shè)計(jì)非微控制器版本。

簡(jiǎn)介

頻率計(jì)是一種用于測(cè)量信號(hào)頻率的儀器。在科學(xué)術(shù)語中，頻率是指信號(hào)每秒的周期數(shù)。通俗地說，信號(hào)的頻率表示信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)的出現(xiàn)率。頻率計(jì)數(shù)器基本上是一種簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)系統(tǒng)，其計(jì)數(shù)時(shí)間有限。

在這里，我們使用兩個(gè)定時(shí)器和兩個(gè)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的頻率計(jì)數(shù)器系統(tǒng)。其中一個(gè)定時(shí)器集成電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)用于產(chǎn)生一秒的限時(shí)信號(hào)。

頻率計(jì)數(shù)器電路工作原理

該電路基于頻率的簡(jiǎn)單定義，即每秒的周期數(shù)?；旧希讲òl(fā)生器電路用于產(chǎn)生簡(jiǎn)單的脈沖波。這些脈沖被輸入 8051 微控制器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并對(duì)脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

在進(jìn)行一些簡(jiǎn)單計(jì)算后，得到的頻率將以赫茲為單位顯示在 16X2 液晶顯示屏上。

需要注意的一點(diǎn)是，我使用 Arduino UNO 作為方波源。您既可以使用 Arduino，也可以使用 555 定時(shí)器 IC 將其配置為可控多頻振蕩器，從而完全建立自己的方波發(fā)生器。

頻率計(jì)數(shù)器電路圖

頻率計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)

由于我使用 Arduino 來產(chǎn)生方波，因此只需要幾行代碼和訪問一個(gè)數(shù)字 I/O 引腳。但是，如果你打算使用 555 定時(shí)器 IC 構(gòu)建方波發(fā)生器電路，請(qǐng)理解下面的解釋。

555 定時(shí)器電路的主要要求是產(chǎn)生占空比約為 99% 的振蕩信號(hào)，使輸出信號(hào)的低電平時(shí)間值小于高電平時(shí)間值。 由于占空比只取決于閾值和放電電阻的值，因此可以通過選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚祦碚{(diào)整占空比。

占空比的計(jì)算公式為 D = (R1+R2)/(R1+2R2)

將 D 值代入 0.99，可得 R1 的值是 R2 值的 98 倍。因此，R2 的值為 100Ω，R1 的值為 9.8KΩ。實(shí)際上，R1 的值為 10KΩ。

電路設(shè)計(jì)的下一步是設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器電路。我們的要求是測(cè)量幾千赫茲的頻率。如電路原理所述，我將使用 8051 的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。事實(shí)上，我將同時(shí)使用 8051 微控制器的定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1。

我將使用定時(shí)器 0 產(chǎn)生延時(shí)，使用定時(shí)器 1 計(jì)數(shù)來自脈沖發(fā)生器的脈沖。定時(shí)器 0 在模式 1 中配置為定時(shí)器，而定時(shí)器 1 在模式 1 中配置為計(jì)數(shù)器。

代碼

以下是使用 8051 微控制器的頻率計(jì)數(shù)器電路代碼。

#include<reg51.h>

#define lcd P1

sbit rs=P3^0;

sbit e=P3^1;

unsigned long z=0;

void delay (int);

void display (unsigned char);

void cmd (unsigned char);

void init (void);

void string (char *);

void intro (void);

char i=0;

void delay (int i)

{

int j=0;

for(j=0;j<i;j++)

{

TMOD=0x51;

TH0=0xFC;

TL0=0x66;

TR0=1;

while(TF0==0);

TR0=0;

TF0=0;

}

}

void cmd (unsigned char c)

{

lcd=c;

rs=0;

e=1;

delay(10);

e=0;

}

void display (unsigned char c)

{

lcd=c;

rs=1;

e=1;

delay(10);

e=0;

}

void string (char *c)

{

while(*c)

{

display(*c++);

}

}

void init (void)

{

cmd(0x38);

cmd(0x01);

  cmd(0x0c);

cmd(0x80);

}

void intro (void)

{

cmd(0x80);

string("  Electronics  ");

cmd(0xc0);

string("      Hub      ");

delay(2000);

cmd(0x01);

cmd(0x80);

string("   Frequency   ");

cmd(0xc0);

string("    Counter    ");

delay(2000);

cmd(0x01);

cmd(0x80);

}

void main()

{

unsigned int temp=0;

unsigned int temp1=0;

unsigned int frequency;

init();

intro();

delay(100);

while(1)

{

  TMOD=0x51;

TH1=0;

TL1=0;

TR1=1;

delay(100);

TR1=0;

frequency=(TH1*256)+TL1;

frequency=frequency*10;

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

if(i==0)

{

string("Frequency In Hz");

i++;

}

    cmd(0xc5);

if((frequency>=1) && (frequency<10))

{

string("    ");

  temp=frequency*10000;

  temp1=((temp/10000)+48);

  display(temp1);

  }

  else if((frequency>=10) && (frequency<100))

{

string("   ");

temp=frequency*1000;

  temp1=((temp/10000)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/1000)%10)+48);

  display(temp1);

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////

else if((frequency>=100) && (frequency<1000))//1234

{

string("  ");

temp=frequency*100;

  temp1=((temp/10000)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/1000)%10)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/100)%10)+48);

display(temp1);

}

else if((frequency>=1000) && (frequency<10000))//1234

{

string(" ");

temp=frequency*10;

  temp1=((temp/10000)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/1000)%10)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/100)%10)+48);

display(temp1);

temp1=(((temp/10)%10)+48);

display(temp1);

}

else if((frequency>=10000) && (frequency<100000))//12345

{

temp=frequency*1;

  temp1=((temp/10000)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/1000)%10)+48);

  display(temp1);

temp1=(((temp/100)%10)+48);

display(temp1);

temp1=(((temp/10)%10)+48);

display(temp1);

temp1=((temp%10)+48);

display(temp1);

}

else

{

string("    0");

}

delay(500);

 }

while(1);

}

view rawFrequency_Counter_Circuit_8051.c hosted with ? by GitHub

頻率計(jì)數(shù)器電路操作

按照電路圖進(jìn)行連接，將 Arduino 產(chǎn)生的脈沖輸入端口 3 引腳 P3.5，即定時(shí)器 1 引腳。由于我已將定時(shí)器 1 配置為計(jì)數(shù)器，因此使用 TCON 位 TR1，我將通過將 TR1 設(shè)置為高電平和低電平來計(jì)數(shù)持續(xù)時(shí)間約為 100 毫秒的脈沖。脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在定時(shí)器 1 中，即 TH1 和 TL1 寄存器中。

要獲得頻率值，必須使用以下公式。

frequency=(TH1*256)+TL1;

為了將頻率值轉(zhuǎn)換為赫茲（即每秒周期數(shù)），需要將結(jié)果值乘以 10。然后，通過一些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算將結(jié)果值格式化，以便在 16X2 LCD 顯示屏上輕松顯示結(jié)果。

該電路的應(yīng)用

使用 8051 微控制器的頻率計(jì)數(shù)器電路可用于精確測(cè)量信號(hào)的頻率。

由于我們對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此只能測(cè)量方波及其導(dǎo)數(shù)（占空比不同）的頻率。