基于STC12C5A60S2单片机频率计的设计与实现
该系统以STC12C5A60S2单时钟/机器周期（1T）单片机为核心。应用单片机的定时器和计数器对输入信号进行实时测量，并采用LCD显示器将所测频率显示出来，既满足测量的精度要求， 又具有很好的性能价格比。
【关键词】STC12C5A60S2 分频 计数器 性价比
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得尤为重要。市场上的频率计有多种多样，有的频率高，有的精度高，但那一些往往价格不菲。本频率计的设计用应用STC12C5A60S2单片机为核心不但频带宽，精度高，而且设计成本非常低，具有很高的性价比。
1 系统测量原理
本频率计的设计以STC12C5A60S2单片机为核心.利用他内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。单片机STC12C5A60S2内部有2个16位定时/计数器，定时/计数器既可以定时也可以计数。在定时工作方式下，时钟信号来自单片机内部，每来一个机器周期，计数器自动加1（使用12 MHz时钟时，每1μs加1），这样以机器周期为基准可以用来定时时间。在计数工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个振荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的1/24。定时/计数器的工作由运行控制位TR控制，当TR置1，定时/计数器开始计数；当TR清0，停止计数。如果外部的频率太高，则计数器的计数溢出切换到1T模式，同时减少定时器的时间。
本设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求，把测量时间分为五种情况：
（1）当待测信号的频率>106 Hz时，定时/计数器构成的定时器定时为1ms，单片机切换到1T模式并采用十分频对其分频，既可满足频率测量结果为3位有效数字，又可以提高测量频率。
（2）当待测信号的频率>105 Hz时，定时/计数器构成的定时器定时为10ms，并采用十分频对其分频。
（3）当待测信号的频率>104 Hz时，定时/计数器构成的定时器定时为100ms。
（4）当待测信号的频率>103 Hz时，定时/计数器构成的定时器定时为1s。
（5）当待测信号的频率<103 Hz时，定时/计数器构成的定时器定时为10s。
如果晶振的频率是12MHz，单片机工作在1T模式，则最高计数频率可打6MHz，为了提高计数频率该设计加入了74160十进制计数器对其十分频，这样可以使计数最高频率提高十倍。
2 系统硬件设计
系统硬件主要由四部分组成： 信号处理、分频器部分、单片机控制部分、显示部分。
信号处理电路主要作用是把输入的信号转变成计数器识别的脉冲信号；分频器部分是通过计数器74LS160把脉冲信号对其十分频转变成TTL信号送入单片机；单片机控制电路是对单片机的定时、计数和对数据的转换处理；显示部分采用点阵液晶模块显示。信号处理电路和分频电路如图1所示。
3 系统软件设计
软件采用汇编语言编写，应用模块化设计方法，主要包括定时子程序，判断是否分频子程序，数据处理子程序，十进制转换子程和液晶显示子程序，其流程图和实测表分别如图2和表1所示。
程序比较难编写的部分是数据处理子程序，它是24位的二进制数转换成7位BCD码。如果用DIV AB 指令，把每一位分离出来，对于三个字节的二进制数的除法计算量那是相当大的，这里采用依次循环乘2然后BCD码调整的方法可以大大缩减计算量，具体程序如下：
HB1： MOV R5，43H ；把24位的二进制数放在R5、R6、R7中
MOV R6，42H
MOV R7，41H
HB2： CLR A ；转变的BCD码放在R1、R2、R3 、R4中
MOV R1，A
MOV R2，A
MOV R3，A
MOV R4，A
MOV R0，#18H
HB3： MOV A，R7 ；把24位的二进制数乘2
RLC A
MOV R7，A
MOV A，R6
RLC A
MOV R6，A
MOV A，R5
RLC A
MOV R5，A
MOV A，R4 ；BCD码带进位自身相加，相当于乘2
ADDC A，R4
DA A
MOV R4，A
MOV A，R3
ADDC A，R3
DA A
MOV R3，A
MOV A，R2
ADDC A，R2
DA A
MOV R2，A
MOV A，R1
ADDC A，R1
MOV R1，A
DJNZ R0，HB3
4 结束语
对于频率计的设计既要用计数器，还要用定时器，如果分频的话，传统电路需要双倍的定时/计数器，这样只有用软件延时的方法定时，这种方法精度往往达不到要求，该系统与传统的电路相比最大限度的利用了单片机的定时和计数功能，同时，让单片机的定时器/计数器工作在1T模式，可以有效地提高测量频率（是传统51单片机的12倍），能够很好的满足精度的要求，且该系统结构简单、处理速度快、稳定性高，充分发挥了单片机控制功能强的特点，具有较高的性价比。
参考文献
[1]王守中.51单片机开发入门与典型事例[M].北京：人民邮电出版社，2007.
[2]何立民.单片机初级教程[M].北京：北京航空航天出版社，2005.
[3]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.
[4]赫建，刘建新等.基于单片机的频率计设计[J].西安邮电学院学报，2003.
作者单位
日照职业技术学院 山东省日照市 276826
