基于單片機的頻率計接口電路設計目錄摘要 摘要針對目前社會及生產等領域對于頻率計的需求，本文研究了使用STC89C52單片機控制的頻率計接口電路，由震動傳感器SW-420直接輸出數字頻率，運用單片機的外部中斷實現采集與計數，系統直接克服了傳統頻率計精度低的缺點，在測得頻率信號后，經由配備的LCD1602顯示出來。同時兼具報警功能，結合矩陣按鍵設置頻率的上限以及輸入接收頻率報警的手機號碼，在頻率超高時可報警提醒，在頻率過高時SIM模塊發送頻率過高的提醒短信，復位按鍵實現復位。經過對頻率計接口電路的測試，該系統完全可實現測量頻率的自動化，與單片機計數結合的頻率計將推動頻率計數系統向著微型化與數字化方向發展，具有重要現實意義。關鍵詞：頻率計；LCD1602；STC89C52單片機；SIM模塊1緒論1.1課題研究背景及意義隨著科學技術的迅速發展，用戶對電子計數器提出了新的要求。對于中高檔產品，要求要有高的分辨率、精度、穩定度、測量速率;除了通用計數器具有的功能外，要有數據處理功能和時域分析功能等，或包含電壓測量等功能。這些要求有的已實現或者已部分實現，但要真正完美的實現這些目標，對于生產廠家來說，還有很多工作需要做，而非表面看到的似乎發展到頭了。現今，數字頻率計不僅是測量信號頻率的裝置，經改裝，還可以用它測量方波的脈寬、測量電容等等。在生活中頻率計也發揮了越來越重要的作用，比如用數字頻率計監控生產過程，這樣就能及時發現系統運行中的異常，從而給人們爭取時間處理。頻率計是一種能夠在電子測量或者儀表盤等多種領域使用的專業測量頻率的計數器，頻率計不但使用方便，而且與示波器相比價格要低很多。隨著現代電子產品的迅速發展，頻率計被廣泛的應用到計算機、通信及生產測控的裝置中，在這些科學領域中發揮出了巨大的作用。目前頻率計數在家庭、個人、生活、生產等多個領域已經成為不可缺少的技術，但是在測量的精度及可控性上仍然由一些缺點，單片機的控制恰好解決了頻率計的這些問題。本文章所要介紹的課題對象是融入單片機技術的新型數字化頻率計。在單片機的選擇上，89C51單片機屬于英特爾公司的8051系列。8051單片機系列研發年代早，技術突破多個領域，擁有深厚的技術基礎，從上個世紀80年代開始流行至今。隨著時代的發展8051單片機技術系列已經衍生出多個型號和品牌單片機，而它最著名的特點就是采用的CMOS技術功耗低。其在現代化生產中的應用主要以嵌入式方式進行發展和拓展。由于該單片機負載能力強，功耗相對較小，所以適合應用于多個領域，像小到通訊設備和家用電器、大到軍事武器和航空航天。該單片機的自動化程度較高，控制能力強，既有良好的測量分析能力。頻率計對微領域和測量領域的作用極為重要，作為頻率測量準確和對頻率靈敏度高的儀器，其在日常生活的應用中較為廣泛，經常被用于電子測量儀器當中，像電子測溫計等，在電子測量儀的示波器中功能受限制，而應用頻譜儀的設備將會提高測量儀的精確；而在一些制造產業中，晶振產品的制造依賴于頻率精確的測頻儀，通過頻率計檢查晶體振蕩器發出的頻率，根據其變化和數值來排除殘次品，對新產品進行合格性檢驗。除了在部分產品測量方面頗有造詣，頻率計在航空航天、軍事領域、現代電子元器件的計量研究方面也具有良好口碑。1.2國內外研究現狀我國在這個領域的發展是極其迅速,現在的技術實際已是多年來見證。我國現階段電子產品的市場特點﹐電子數字化發展很快﹐數字頻率計已經應用于高科技等產品上面,在此基礎上，用寬帶相檢測頻技術結合現代數字化、計算機等現代化科學技術研發出的XDU-17型高分辨率計成為該領域的亮點，這種型號的頻率計擁有更寬的比對頻率范圍、儀器本身簡潔小巧。該項技術研究與同時期國際高水平頻率計相比毫不遜色甚至性能更加優良，已經獲得國家專利保護。并且該項技術創新斬獲國內多個技術創新大獎，在人們眼前不斷嶄露頭角，深受頻率計研究領域科學家重視，發展潛力不可估量。除了上述的優秀的相檢寬帶測頻技術頻率計，我國還有一種新型研發的虛擬測振儀，這種測振儀也具有出色的性能，在測量頻率方面大顯身手。該測振儀通過與微機來進行測量和數據處理，其中涉及到的變時基傳遞函數分析技術首次應用，由此申請了專利權，通過運行多種虛擬軟件來對測量對象進行檢測報告，由于采用微機式操作系統，終端系統負載能力強，能夠支持同時進行多個任務或者是工作，運營效率極高，在同類頻率計當中也屬于優秀儀器。在國外數字電路制造工業的進步,使得系統設計人員能在更小的空間實現更多的功能﹐從而提高系統可靠性和速度。計數器中的頻率計可測量頻率數據范圍為12.4GHz，反應能力快，靈敏度高；其中兼具分析設備，能夠自動進行數據分析和整理，將測試到的數據進行科學分析并且通過顯示器提供給研究者進行參考，實時顯示數據信息。該計數器功能也是較為強大，可監測指標種類繁多，像通常生產研究中常用的頻率、平均時間間隔等都能夠進行測試，包含范圍極廣。既然是通用計數器，其產生的測量結果都可以通過統計功能進行完成。國外的頻率計掌握技術已經達到了爐火純青的地步，像美國、歐洲、日本等發達國家早已領先國際水平，通過數字化頻率計不斷完成技術發展指標。在對國內外的不同種類和性能的頻率計進行細致分析過后，我們會發現所有的頻率計都有一個共同的特點就是都在朝著自動化和智能化發展。隨著全球經濟貿易的繁榮，各個國家領域文化技術交叉，而“科學不分國界”，科學領域的交流更能促進全球人類的技術發展。通過綜合國內外的不同類型頻率計制作原理和基本性能進行深究，取其精華，去其糟粕，借鑒國內外頻率計研究思路和理論，在現有技術基礎上進行產品創新。利用當代數字化趨勢，趁勢研究出數字化頻率計，提高頻率計準確性，降低生產成本，將頻率計的使用范圍擴展的越來越寬，朝著光明前景發展。1.3本文研究內容本文研究的使以單片機控制為基礎的頻率計接口電路設計，通過本文的研究可熟悉單片機的使用及編程方式，實現畢業設計的同時也使我對所學知識更加鞏固；對使用的單片機片內模塊更加熟悉，也學會了如何查閱技術手冊，對硬件電路設計更加了解，整個畢設下來使我對硬件電路設計有所提高，軟件代碼編寫上更加熟練，對單片機各個寄存器更加了解，代碼編寫更加規范，體會到了從設計之初的膽怯到完全掌握的一個過程。也對代碼分析和程序流程圖上更加熟練。通過用單片機為核心設計的頻率計接口電路系統，學會了單片機中斷計數的運用、LCD液晶屏如何顯示都一一進行掌握。預期目標如下：（1）使用單片機(STC89C52RC)作為主控制芯片，接收信號來實現頻率計數；（2）)采用液晶屏(LCD1602)顯示頻率信息；（3）采用獨立機械按鍵進行頻率報警限值的設置；（4）在頻率高于矩陣按鍵預設值時報警；（5）頻率過高時發送報警短信。2頻率計接口電路系統方案設計本章將對頻率計接口電路的具體方案做出設計，首先將系統按功能分成幾個模塊，然后根據對系統的分析，選擇出適用于頻率計接口電路的最終器件型號。2.1系統方案設計頻率計接口電路設計采用單片機作為中央處理器，由震動傳感器采集頻率經單片機處理后驅動顯示模塊顯示出具體的頻率值，使用按鍵完成設置頻率上限的功能，當目前的頻率過高時，蜂鳴器報警的同時將頻率過高的短信發送到用戶手機。頻率計接口電路方案設計如圖2.1所示。圖2.1頻率計接口電路方案框圖設計（1）電源電路：為頻率計接口電路提供穩定的電源；（2）按鍵模塊：輸入頻率上限以及輸入頻率過高時發送的短信號碼；（3）震動傳感器：檢測震動頻率，實現頻率信號的采集；（4）顯示模塊：顯示測量到的頻率以及輸入的手機號碼等內容，實現人機交互的重要功能；（5）蜂鳴器：在測得的頻率過高時實現報警功能；（6）短信模塊：頻率過高時發送的短信號碼。2.2主要元器件方案選擇及論證本設計根據設計要求進行主要功能器件選型和方案闡述，具體詳見以下內容：2.2.1微處理器（MCU）的選擇以及論證方案一：使用STM32系列單片機中的STM32F103C8T6單片機，在整個103系列單片機中屬于價格低廉的，運行速度與其余32單片機沒有差別都可以達到72MHz，性能比較穩定，內部具有A/D和D/A轉換器、I2C和SPI總線接口，多達5個串口功能等等優點。STM32系列單片機供電電壓一般為1.8V到3.6V，通常選用3.3V電源進行供電。下載調試接口為串口和SWD兩種方式。該芯片也具有低功耗功能，對于省電產品設計具有很大的優勢。方案二：選擇STC89C52單片機目前是大學生使用設計的主流芯片，該芯片價格比32單片機更加低廉，可以說是單片機中價格最便宜的芯片。該芯片完全兼容了51內核架構并且引腳與51單片機完全兼容。有些STC單片機內部也集成了A/D功能，但是價格相對也會高出一部分。該芯片主流時鐘只能跑12MHz。下載調試接口為串口。該51單片機是大學課本常用芯片，使用該芯片設計效率更高，之前調試的代碼完全可以在這個單片機上運行，做起設計來更加順手。方案三：選擇AT89C51單片機，與STC89C52封裝引腳是完全兼容的，基本功能相同，晶振頻率也相同，運行速度不如STC系列單片機，同時程序下載調試需要有專用的編程器。總結：由于本設計需要使用外部12V電源供電，不用時將電源斷掉，不存在低功耗省電功能，同時考慮到程序編寫及調試的方便性，選擇方案二：STC89C52單片機方案作為本設計的核心控制器件。2.2.2顯示單元的選擇以及論證方案一：選擇數碼管顯示設計，數碼管又叫7SEG段碼顯示，跟我們所說的段碼液晶屏非常類似，但是驅動方式不同。段碼液晶屏顏色多種多樣，看起來美觀大方。電路設計需要控制好段選和位選接口設計，如果設計中需要顯示的數字或者字母內容過多時，需要增加串行輸出并行輸出的轉換芯片進行設計，否則單片機端口會不夠用。通常數碼管在連續顯示數字和字母上會受到限制，該數碼管適合用于醒目設計的產品，以及顯示內容比較單一的產品中。方案二：選擇OLED液晶屏進行顯示，通常選擇0.96英寸液晶進行設計，該液晶屏可以顯示RGB色彩，界面設計起來比較美觀，刷新速度快、全視角顯示、厚度較薄并且體積小；可以顯示漢子、字符、圖片等顯示內容豐富多彩。不像LCD1602那樣顯示比較單一，并且通訊方式簡單，SPI通訊即可實現液晶顯示。方案三：選擇液晶屏顯示，LCD1602液晶屏課本中學習到該液晶屏，該液晶屏屬于字符液晶，內部具有ASCII字符庫，我們顯示的時候只要按照ASCII顯示即可。該液晶屏電路設計簡單，只要將數據接口和控制管腳與單片機連接即可，需要注意的一點是，對比度調節端口需要可調電位器進行設計，用來調節內部對比度，才會使得顯示效果達到最佳狀態，如果液晶屏數據口的是51單片機P0口，需要將P0口接上上拉電阻進行設計，因為P0口屬于開口輸出管腳，不接上拉電阻不能保證電路正常運行。單片機控制液晶屏按照液晶屏時序控制即可。總結：根據以上分析，聯系實際應用及成本綜合考慮，本設計選擇方案三：LCD液晶屏進行設計。2.2.3按鍵模塊的選型方案一：矩陣型按鍵矩陣按鍵就是有行線和列線相組合，并且每一個按鍵都設置在列線和行線兩條線的交叉點上，并且在硬件設計時不需要每個按鍵都占用一個I/O口，非常節省單片機的I/O口資源，而且使用是非常方便的，只是會存在一定的干擾，目前常用的矩陣按鍵有3*3布局或4*4布局兩種，即9個按鍵和16個按鍵的布局方式，針對功能較多的設計中需要較多的按鍵一般均選用4*4布局的16個按鍵的方式[4]。方案二：獨立按鍵從名稱上，我們就可以理解它的布局方式及關系，獨立按鍵就是所有按鍵都是獨立的存在，在電路設計上，每個按鍵都需要一個單片機的I/O口進行控制，此時如果需要大量的按鍵則會占用超多的I/O端口，存在一定的資源浪費，或者I/O端口不夠使用的情況，好處是他們之間不會互相干擾，所以獨立按鍵的使用場景是需要少量的按鍵時才會使用的。而且在設計時簡單大方會是一個不錯的選擇。綜上所述：本次設計的頻率計接口電路系統需要輸入的信息較多設計的數字按鍵及其它的功能，所以在按鍵選擇上，我們選擇矩陣按鍵。2.2.4復位電路的選擇以及論證方案一：使用阻容復位，在單片機的復位電路選擇中，使用一個電阻加一個電容構成的復位電路是最原始的，也是成本最低的。既能滿足復位的要還能節約成本。方案二：使用CAT809復位芯片，它的封裝時最常見、最普通的SOT23封裝，有3個管腳。809芯片是一個具有單一功能的，微處理器的復位芯片，主要用于監控單片機和一些其他邏輯電路的電源電壓，外圍無需外加其他元器件，在上電和掉電情況下都可以向單片機提供復位的信號。它的復位輸出時低電平有效的，由于其超低至17μA的低電源電流，所以這個芯片是便攜式、電池供電設備的首選。此芯片的價格大約在0.5-1.0元之間。總結：綜上所述，本設計考慮成本問題，選擇方案一：阻容復位電路進行設計。2.2.5蜂鳴器選擇以及論證方案1：報警選擇蜂鳴片進行設計，蜂鳴片大部分屬于電磁器件，控制蜂鳴往往需要PWM進行控制，并且蜂鳴片通常都需要共鳴腔進行輔助否則聲音很小，距離遠聽不到，不是最優選擇。方案2：報警選擇電壓式蜂鳴器進行設計，單片機通過控制NPN或者PNP三極管以及MOS管打開和關閉即可實現蜂鳴器蜂鳴，電壓式蜂鳴器不受共鳴腔限制。該蜂鳴器工作電流小，單片機控制蜂鳴器只需要通過管腳給高低電平即可實現蜂鳴器報警，是本設計最優選擇。2.2.6短信模塊的選擇以及論證方案1：Air202S是一款超小封裝的GPRS模塊，選用標準的AT命令控制，支持OPENCPU開發，阿里云數據傳輸以及一鍵透傳。在常溫下都能夠使用，最低工作溫度為零下40℃，典型供電電壓為3.8V。在上電后可通過AT命令來搜索信號，選用串口可實現串口調試、軟件升級和調試等。方案2：SIM800L支持四頻網絡的GPRS模塊，四頻網絡主要包括850/900/1800/1900mhz這四個網絡頻道，語音、短信和數據通信都能夠實現，小巧的體型更適用于一些緊湊型的產品。除了電源、價格上的優勢，SIM800L傳輸信號時更加穩定，相應速率快，增強的AT命令集控制更加方便。結論：SIM800L信號覆蓋范圍更好，不容易受信號干擾，首選方案2。3頻率計接口電路系統電路設計3.1微處理模塊設計本設計主要以STC89C52為核心器件，該芯片是直插式封裝DIP40設計，實物設計需要購買DIP40的插座焊接上就可以使用，該芯片需要外接5V電源以及晶振電路、復位電路即可工作，外圍需要接模塊只需要與單片機的I/O口直接連接即可。下面簡單介紹以下單片機最小系統的功能。3.1.1單片機功能介紹本設計根據方案論證選擇51核單片機為核心，該單片機有P0到P3共32個I/O端口，此外該單片機還有好多第二功能接口設計，例如串口、外部中斷以及內部集成的定時計數器功能，可以豐富產品設計。其中單片機內部Flash為8千字節，RAM為512字節足夠多的存儲空間為編寫代碼奠定了基礎。硬件連接時需要注意P0口為開漏輸出端口，必須外接上拉電阻進行硬件設計，否則可能輸出不了高電平；單片機P3.0/P3.1為串口的RX和TX管腳，連接時注意收發順序。選擇的單片機基于以上優點，完全可以滿足本設計要求。圖3.1單片機功能管腳圖3.1.2時鐘電路為了保證單片機能夠正常工作，還需要提供外部時鐘電路。單片機的第18引腳和第19引腳是外接無源晶體和外部匹配電容的管腳；課本中已經學過51內核單片機晶振，一般選取11.0592兆赫茲或者12兆赫茲；外部匹配的負載電容根據器件選型的時候晶振的CpL來決定。例如我們選擇的晶振CpL=15pF，那么我們需要根據負載電容的計算公式CpL=(C1*C2)/(C1+C2)來計算，設計時選擇電容為30pF，負載電容的選取越接近當前負載電容越好，這樣保證了時鐘的準確性。通常時鐘電路的接法如圖3.2外部晶振所示。圖3.2外部晶振3.1.3復位電路單片機的最小系統電路除了時鐘電路還需復位電路才能正常工作，復位電路有很多器件可以選擇，例如看門狗復位芯片、常規的CAT809復位芯片以及書本上阻容復位電路等都可以滿足設計要求，為了節約成本又不失正常功能，選擇阻容復位電路進行設計。硬件電路中其實阻容復位就可以滿足需求，為了防止單片機使用過程中處于跑飛或者死機狀態，我們常常在硬件設計時增加手動按鍵復位電路。具體復位電路如圖3.3所示：圖3.3復位電路圖3.2LCD液晶顯示模塊設計頻率計接口電路系統顯示模塊選用課本中所學的字符型液晶，該液晶屏第一管腳為GND，第二管腳為VCC，第三個管腳為對比度調節管腳，第四、第五、第六管腳為時序控制管腳，第七到十四管腳為數據關腳，第十五和十六管腳為背光控制管腳。由于單片機P0口接到液晶屏數據控制管腳，該管腳為開漏輸出管腳，所以設計時在單片機P0口增加上拉電阻提高驅動能力，按照液晶屏規格書介紹連接電路如下圖3.4、3.5所示。圖3.4LCD硬件電路設計圖圖3.5上拉電阻圖3.3頻率檢測電路設計系統中利用震動傳感器感應震動，獲取頻率，當傳感器感應震動時產生沿信號，定義外部中斷為沿信號觸發，當接收到沿信號時，外部中斷開始計數，從而獲得單位時間內的沿信號，計算出頻率。震動傳感器與單片機通信時采用P3.2引腳與震動傳感器的DO引腳通信，從而將震動信號發送給單片機。頻率計接口電路中的頻率檢測電路設計如圖3.6所示。圖3.6頻率檢測電路設計3.4矩陣按鍵電路設計矩陣按鍵與獨立按鍵一樣都是受到電平信號控制的，但是矩陣按鍵通常是由十幾個獨立按鍵排列成的矩形，行線和列線之間有一個交叉點，在這個交叉點上焊接一個獨立按鍵，每個交叉點上都有一個執行功能的按鍵。矩陣按鍵通過列線與單片機的I/O引腳連接，行線與5V電源連接。如果交叉點上的按鍵被觸發，單片機會通過程序控制I/O口輸出電平信號控制按鍵執行功能。系統中的矩陣按鍵的行線和列線由單片機的P0.0-P0.7這8個I/O口發出的電平信號控制。鍵盤輸入電路設計如圖3.7鍵盤輸入電路設計所示。圖3.7鍵盤輸入電路設計A輸入手機號碼B確認*設置#確認1、2、3、4、5、6、7、8、9、0數字鍵，直接輸入數字3.5報警模塊設計在本設計中，之所以選擇使用蜂鳴器作為報警的器件，因為蜂鳴器它的體積小，并且電路設計簡單，使用的電壓式蜂鳴器發出的聲音精銳刺耳，更容易讓人警覺。在硬件電路設計中，I/O口能夠提供的電流小，不能直接驅動蜂鳴器，只能通過添加驅動的方式使蜂鳴器工作，發出更大的聲音。單片機I/O口通過一個驅動電路來控制蜂鳴器工作，以三極管S9015為驅動電路進行設計，并有限流電阻通過單片機的I/O口控制三極管的通斷，當單片機I/O口被置低電平時三極管導通，蜂鳴器蜂鳴，反之蜂鳴器關閉報警。具體電路如下圖3.8所示。圖3.8聲音報警電路3.6SIM800L短信模塊設計SIM800L模塊與單片機連接時通過串口通訊，該模塊指令屬于“AT”指令模式控制，發送短信過程為：用戶將數據給到GSM模塊，該模塊再將數據傳送到基站內部的子系統，基站子系統（BSS）與網絡子系統（NSS）相連實現移動用戶間或移動用戶與固定網路用戶之間的通信連接，傳送系統信息和用戶信息等，也與操作支持子系統（OSS）之間實現互通。。SIM800L短信模塊的原理就像我們平時用的手機一樣，在連接機棧得到GSM信號之后即可實現通信，通過AT指令程序直接就能驅動SIM800L發送短信。SIM800L短信模塊和單片機之間的電路連接方式為串口，直接通過P3.1引腳向SIM800L發送短信信號，SIM800L在收到信號后執行發送短信動作。在電路中還連接了1000μF的電容和IN4007二極管，讓SIM800L短信在發送短信時的電壓更加穩定。由于本設計電壓為5V供電，該模塊不支持5V電源供電，所以設計電路時需要通過一個二極管IN4007進行降壓來達到設計要求，同時為了保證上電瞬間電壓太大，需要通過一個1000uF的電解電容穩壓。SIM800L電路設計如圖3.9所示。圖3.9SIM800L短信模塊電路設計常用的SIM800L模塊具有以下特征：第一：供電電壓要求為3.7到4.2伏之間；第二：供電電流要求為最大瞬時電流可達1安培；第三：與單片機通訊時標準的TTL電平或者232電平；第四：具有一路SIM卡卡槽設計；第五：可以在零下30℃到最高80℃下工作；第六：睡眠模式下電流可降低到2毫安左右，待機狀態下不到20毫安；第七：該模塊可以在GSM/GPRS900/1800MHz頻段下工作。4系統軟件設計硬件電路詳細介紹已經完成，按照硬件詳細方案介紹繪制電路，焊接實驗板，接下來就是軟硬件聯調的過程。整個設計既需要硬件設計作為基石更需要軟件賦予靈魂才能達到預期的效果。本設計使用單片機C語言進行編寫和調試工作，首先我們需要建立工程框架、完成編譯、下載整個過程，編譯軟件使用KEIL4進行調試。4.1系統主程序設計單片機程序燒錄程序是通過KEIL編譯后生成的HEX文件，生成的文件屬于主控制芯片（STC89C52）單片機能夠識別的指令，KEIL開發環境能夠更好的實現斷點設置、寄存器查詢、變量狀態值查看，更加方便入門開發者上手調試，最后燒錄的代碼才能保證單片機各個功能狀態的穩定運行。按照以上建立軟件功能，KEIL軟件配置后，進行軟件各個功能模塊實現，具體實現下面進行詳細介紹。主程序開始后首先初始化中斷與定時器，然后檢測震動，根據震動信號計算出頻率再顯示出來，讀取按鍵成功后可輸入手機號碼，設置頻率的上限，在頻率超過上限時蜂鳴器報警并發送報警短信。頻率計接口電路系統主程序流程如下圖4.1所示。圖4.1程序控制主流程圖4.2系統子程序流程設計4.2.1單片機定時中斷程序設計本設計選用的51單片機內部有五個中斷源設計，分別為兩個外部中斷、兩個定時器中斷和一個串口中斷組成，程序執行時中斷的優先級最高，當在主程序某一個任務下執行時，突然來一個外部中斷，直接去執行外部中斷程序，執行完以后再接著執行主程序中被打斷的任務，這就是所謂的中斷，中斷也有不同的優先級劃分，我們在編寫中斷函數時可以根據需要設定中斷優先級，例如當前執行的是定時器中斷正在計數，突然來一個設定優先級比定時器中斷優先級高的中斷，此時去執行高優先級中，執行完以后接著執行定時器中斷，這就是所謂的中斷嵌套。51單片機中斷源比較少，內部架構比較清晰，內部中斷架構圖如下4.2所示。圖4.2單片機中斷內部架構圖為了節省單片機中使用機器周期控制的延時占用單片機執行效率，一般大程序都采用定時器設計延時函數，例如設計一個10毫秒的延時函數用來控制液晶屏顯示內容更新，首先對定時器進行初始化，選擇定時器模式1，定時長度為16位定時，接著對計數器初始裝載寄存器進行賦初值TH0和TL0寄存器，根基選擇的外部晶振為12兆赫茲，定時裝載初值為1時，計時時間為機器周期1/12*12為1微秒，10毫秒為1微秒的10000倍，所以定時器初值裝載值高八位為TH0=(65536-10000)/256,低八位為TL0=(65536-10000)%256,接著開啟總中斷EA,打開定時中斷ET0以及開啟定時器TR0;接著編寫中斷函數并在中斷函數內部再次對TH0和TL0寄存器賦初始值，設置標志位當10毫秒進如中斷以后標志位置1，在主循環中控制液晶屏顯示，并把中斷標志清零。這就是定時器定時顯示程序設計。定時器中斷流程圖4.3所示。圖4.3定時器中斷流程圖4.2.2顯示頻率程序設計編寫液晶屏程序時，首先按照液晶屏時序圖編寫液晶屏的寫命令函數、寫數據函數，之后再根據寫命令和寫數據函數展開編寫顯示字符函數和數字函數，最后按照命令控制表對液晶屏進行初始化操作，LCD1602液晶屏控制流程如下圖4.4所示。圖4.4LCD1602顯示控制流程圖4.2.3振動檢測程序設計本設計使用振動傳感器模塊來檢測頻率，當震動傳感器感應振動信號，單片機檢測到振動信號輸出管腳電平變化，進行執行相應的工作；具體流程圖如下所示：圖4.5振動傳感器控制流程圖4.2.3頻率計算流程圖頻率是通過采集震動的信號實現采集的，在程序開始后首先檢測震動，采集頻率，再經過頻率轉換，做出十進制的轉換，在轉換完成后，將最終的頻率結果顯示在LCD1602液晶顯示屏上。頻率計算流程圖如圖4.6所示。圖4.6頻率計算流程圖4.3蜂鳴器報警設計根據硬件電路設計可知，單片機I/O口通過控制三極管的通斷來控制蜂鳴器進行蜂鳴設計，硬件設計選擇使用的是PNP型三極管控制，根據三極管的工作原理，PNP型三極管基極給低電平才能導通，使得蜂鳴器有一個回路觸發蜂鳴器，編寫程序時單片機P2.0口給低電平進行報警，否則關閉報警。具體操作流程如下圖4.7所示。圖4.7報警流程圖4.4GSM模塊程序設計本設計是當頻率過高時發送提醒短信，單片機控制GSM模塊需要按照AT指令執行，接下來編寫程序。接下來開始對SIM800L初始化操作；并檢測SIM卡是否存在以及注冊網絡等信息,接下來按照發送信息指令+電話號碼+發送內容到SIM800L模塊，即可實現短信發送。短信發送流程圖如圖4.8所示。圖4.8發送短信流程圖5頻率計接口電路設計調試本章將對頻率計接口電路系統中的軟件和硬件這兩部分的功能和完成的效果做出一定的調試，然后對該系統的運行效果進行查看，確保該系統已經完成了預期的功能。5.1系統軟件調試無論是多么資深的軟件編程開發者都不能保障程序的百分之百的正確，特別是新手在編寫軟件代碼中是很容易出現錯誤的，因此在編寫頻率計接口電路系統的代碼時要非常注意語法錯誤，避免錯誤的出現。除了在編寫代碼過程中需要注意外，在代碼完成后還可以使用KEIL4自帶的斷點調試功能對每一行代碼進行逐句調試，然后再按下單步調試按鈕運行C語言程序，最終點擊編譯按鈕編譯程序，查看最終的編譯效果，如果不提示錯誤了就說明頻率計接口電路系統的代碼編寫是正確的。在編寫頻率計接口電路系統的程序時，必須要反復對代碼進行檢查，因為就算很小的一個延時或者符號錯誤，都會讓頻率計接口電路系統的程序出現編譯錯誤的情況，這樣是不可能實現系統功能的。特別是對于第一次編寫程序的新手來說，在編寫程序時會出現的意外情況和錯誤都很多。因此在建立輸出或者輸入程序時也要進行檢查。在頻率計接口電路系統中程序編譯錯誤如圖5.1所示。圖5.1錯誤檢查在經過程序的不斷檢查和修正與編譯嘗試，如果想知道程序是否已經編寫成功，就可以點擊一下編譯的按鈕，然后查看編譯結果的提示，如果在編程后看到了“0error”的提示，這個提示結果就表示程序中已經無錯誤，這時候才會生成可以燒寫進單片機，控制整個頻率計接口電路系統實物運行，實現系統功能的“hex”文件。如圖5.2所示。圖5.2程序編譯通過在完成編譯后生成的這個“hex”文件就是屢次嘗試和調試程序的最終結果，將這個文件利用燒錄軟件和USB轉TTL采用串口的方式燒錄到單片機中，就可以了，此時標志著頻率計接口電路系統程序的調試完成。5.2系統硬件的調試在調試頻率計接口電路系統的硬件時，硬件是可以看的到，摸得著，這樣在調試時也會更加的直觀。在調試硬件時，硬件電路是可以用調試工具測試到的，主要就是在焊接的時候就能一邊測量一邊焊接，如果想增加硬件電路調試的正確率，還可以在焊接電路之前把電路通過軟件繪制一遍再按照確定好的電路圖焊接硬件。在調試頻率計接口電路系統硬件時需要注意的問題如下：（1）制作頻率計接口電路系統的元器件引腳的正負極問題：在制作頻率計接口電路系統時，很多的元器件都是有正負極之分的，只有少量的元器件不需要區分正負極，但是頻率計接口電路系統中基本所有的元器件都有正負極之分。無論是在焊接還是連接時，如果元器件接反就有可能導致整個電路板的燒毀，因此檢查電路的正負極這個問題是比較嚴重的。在本電路中使用模塊的電路并不復雜，與單片機的電路連接方式也很簡單，但是也要在電路的設計中注意正負極，在插上元器件時也要注意。（2）電路虛焊問題：在焊接電路板時，初次焊接硬件時難免焊接工藝水平較差，因此需要比較大的細心程度，這樣可以有效避免在制作頻率計接口電路系統電路時出現錯誤以及虛焊等問題，但是在很多情況下看是看不出來的，，這時候就可以使用萬用表測試一下，確保制作出來的頻率計接口電路系統的電路的正確性和完成性。（3）顯示問題：在頻率計接口電路系統中，LCD1602需要顯示系統顯示頻率等內容，而在硬件中，顯示屏的電壓對于顯示屏的清晰度也會有著重要的影響，這時候硬件上的滑動變阻器就可以發揮出調節電壓的作用，左右旋轉滑動變阻器就能調節顯示屏的供電電壓以此達到調節清晰度的目的，能夠使系統顯示更加清晰。5.3實物展示頻率計接口電路系統由洞洞板焊接，以STC89C52單片機作為硬件的核心，外部連接了LCD1602顯示模塊、震動傳感器、矩陣按鍵和SIM800L短信模塊。經過對頻率計接口電路系統的調試后可查看實物的功能是否符合預期的目標，驗證實物的運行效果。頻率計接口電路系統實物圖如圖5.3所示。圖5.3頻率計接口電路系統實物圖為頻率計接口電路系統供電后，就能后顯示目前的頻率計接口電路系統的頻率等內容。LCD1602液晶顯示屏的背光亮起是系統上電后的重要標志。頻率計接口電路系統實物的運行效果如圖5.4所示。圖5.4實物運行效果使用頻率計接口電路系統上的按鍵能設置頻率計接口電路中頻率的上限，如果目前的頻率高于設置的頻率上限，蜂鳴器報警而且還要發送報警短信給已經輸入好的手機號碼。這些按鍵著實為管理者提供了方便。頻率過高報警時，發送的報警短信如圖5.5所示。圖5.5發送報警短信經過對頻率計接口電路系統的具體調試，該系統能夠實現了頻率的檢測、頻率的顯示、頻率上限的設置、頻率過高的報警功能以及短信提醒功能，頻率計接口電路系統調試成功。總結本系統為采用STC89C52單片機為的頻率計接口電路系統，在制作頻率計接口電路系統前，首先連接了頻率計接口電路系統的應用領域，保證制作的頻率計接口電路系統能夠應用到哪些單位中，使制作的頻率計接口電路系統更加具有實際的使用價值。本系統中設置的頻率計能夠直接實現具體頻率數值的顯示，而且還能在頻率過高時報警。從軟件和硬件兩部分來看，頻率計接口電路系統的電路和代碼都從合理性出發，選擇出來的元器件也是最適用于系統的元器件，在運行時也發揮出了巨大的作用。智能化程度也非常高。當然回頭看該頻率計接口電路系統也有著一些不足，例如可以采用紅外遠程的方式去控制開始或者停止檢測頻率，如果加入WIFI聯網的功能，管理人員只需要坐在電腦旁就可以使用電腦對頻率計接口電路系統的時間等內容進行設置，這樣會大大增加頻率計接口電路系統的方便性，在使用系統時將會發揮出更大的作用。在經過改進后，頻率計接口電路系統的應用范圍將會更加廣泛，其它的一些企業也可以使用到，將會為更多的領域發揮出卓越的貢獻。參考文獻[1]鄭太恒,孫鳳乾,劉海英,劉大鵬.智能頻率計的研究與設計[J].齊魯工業大學學報,2021,35(02):56-61.[2]孔德強.應用于地鐵深基坑開挖檢測的頻率計注塑模具流動平衡優化分析[J].塑料科技,2021,49(01):110-112.[3]朱麗,陶沙,夏增.數字頻率計的設計[J].福建電腦,2020,36(11):114-115.[4]王俊博.基于FPGA的簡易數字頻率計設計[J].科學技術創新,2020(28):105-106.[5]顏謙和,顏珍平.基于Arduino的高精密數字頻率計的設計[J].儀表技術與傳感器,2020(09):55-58+77.[6]丁聰,胡宇航,吳婷,肖妮.等精度頻率計的Verilog設計與仿真[J].電子制作,2020(17):22-23+43.[7]徐冬冬,閆嘉琪.基于FPGA的數字頻率計的設計[J].數字技術與應用,2020,38(06):120-121.[8]趙迎會,周萬順,陳威志.基