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在本项目中，我将设计并演示一个简单的频率计数器电路，可用于测量信号的频率。本项目基于 8051 微控制器，不过您也可以设计非微控制器版本。

简介

频率计是一种用于测量信号频率的仪器。在科学术语中，频率是指信号每秒的周期数。通俗地说，信号的频率表示信号在一定时间内的出现率。频率计数器基本上是一种简单的计数系统，其计数时间有限。

在这里，我们使用两个定时器和两个计数器设计了一个简单的频率计数器系统。其中一个定时器集成电路用于产生时钟信号，另一个用于产生一秒的限时信号。

频率计数器电路工作原理

该电路基于频率的简单定义，即每秒的周期数。基本上，方波发生器电路用于产生简单的脉冲波。这些脉冲被输入 8051 微控制器的定时器/计数器，并对脉冲数进行计数。

在进行一些简单计算后，得到的频率将以赫兹为单位显示在 16X2 液晶显示屏上。

需要注意的一点是，我使用 Arduino UNO 作为方波源。您既可以使用 Arduino，也可以使用 555 定时器 IC 将其配置为可控多频振荡器，从而完全建立自己的方波发生器。

频率计数器电路图

频率计数器电路设计

由于我使用 Arduino 来产生方波，因此只需要几行代码和访问一个数字 I/O 引脚。但是，如果你打算使用 555 定时器 IC 构建方波发生器电路，请理解下面的解释。

555 定时器电路的主要要求是产生占空比约为 99% 的振荡信号，使输出信号的低电平时间值小于高电平时间值。 由于占空比只取决于阈值和放电电阻的值，因此可以通过选择适当的电阻值来调整占空比。

占空比的计算公式为 D = (R1+R2)/(R1+2R2)

将 D 值代入 0.99，可得 R1 的值是 R2 值的 98 倍。因此，R2 的值为 100Ω，R1 的值为 9.8KΩ。实际上，R1 的值为 10KΩ。

电路设计的下一步是设计计数器电路。我们的要求是测量几千赫兹的频率。如电路原理所述，我将使用 8051 的定时/计数器。事实上，我将同时使用 8051 微控制器的定时器 0 和定时器 1。

我将使用定时器 0 产生延时，使用定时器 1 计数来自脉冲发生器的脉冲。定时器 0 在模式 1 中配置为定时器，而定时器 1 在模式 1 中配置为计数器。

代码

以下是使用 8051 微控制器的频率计数器电路代码。

#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

频率计数器电路操作

按照电路图进行连接，将 Arduino 产生的脉冲输入端口 3 引脚 P3.5，即定时器 1 引脚。由于我已将定时器 1 配置为计数器，因此使用 TCON 位 TR1，我将通过将 TR1 设置为高电平和低电平来计数持续时间约为 100 毫秒的脉冲。脉冲计数存储在定时器 1 中，即 TH1 和 TL1 寄存器中。

要获得频率值，必须使用以下公式。

frequency=(TH1*256)+TL1;

为了将频率值转换为赫兹（即每秒周期数），需要将结果值乘以 10。然后，通过一些简单的数学运算将结果值格式化，以便在 16X2 LCD 显示屏上轻松显示结果。

该电路的应用

使用 8051 微控制器的频率计数器电路可用于精确测量信号的频率。

由于我们对脉冲进行计数，因此只能测量方波及其导数（占空比不同）的频率。

关键词： 计数器 频率