摘要 根据51单片机规划了一款测验规模在1 Hz～10 MHz的频率计。体系经过峰值有用电路和有用值电路将正弦渡、方波和三角波转化为直流信号送入单片机，经过编写相应的程序计算出其有用值和峰峰值的比，完结主动检测的意图，并由显现电路显现丈量成果。该体系电路简练、软件编写简略、调试难度低。
现在在频率丈量领域中，关于高频率信号高精度丈量大都运用ARM、FPGA等高速处理器加专用计数芯片来完结。但这种办法程序编写杂乱，并且其处理器外围电路杂乱，这添加了其调试难度，下降了可操作性。
文中规划的高频信号频率计，除数据处理和显现交由单片机担任外，测频中心电路用经检测的模仿电路完结，该高频频率计电路简练，软件编写简略，下降了调试难度的一同增强了其操作性。
1 体系整体规划方案
体系以STC80C51为中心，规划了一款测验规模在1 Hz～10 MHz的频率计。该体系首要规划思维是经过峰值有用电路和有用值电路将正弦波、方波、三角波转化为直流信号，送入单片机，经过编写相应的程序计算出其有用值和峰峰值比，完结主动检测的意图，最终经过显现电路显现丈量成果。
体系分为：缓冲器、峰值检测电路、有用值检测电路、分频电路、形式转化、最小体系和显现电路。整体规划方案如图1所示。
输入信号i经过缓冲器处理分为3路输出，顺次作为峰值检测电路、有用值检测电路和分频器电路的输入信号。经峰值检测电路和有用值电路处理后，输出直流信号O1、O2，经分频器分频后输出方波信号O3。O1和O2经过A/D模数转化后输入单片机，在单片机中进行处理比较峰值和有用值的联系然后到达主动确认信号类型的功用。O3经计数器输入单片机以计算出信号频率。处理完结后经过显现模块LCD1602显现出信号的频率、峰峰值及波形。
1.1 体系电路
1.1.1 缓冲器
缓冲由4个电压跟从器构成，如图2所示。电压跟从器如图3所示，它的作用是使输出电压与输入电压值持平，即电压跟从器的电压扩大倍数恒小于且挨近1。电压跟从器由运放构成。关于10 MHz及其以上频率的信号需求考虑运放压摆率对信号的影响。压摆率反映了运算扩大器输出电压的转化速率，它是运算扩大器在速度方面的目标。
压摆率的数学界说
SR=2×Po×f×Vpk (1)
式中，f为最大频率，一般认为是带宽;Vpk是扩大输出信号的最大峰值。可见压摆率越高运放输出电压的转化速率快。关于10 MHz的信号来说，必需求挑选压摆率高的运放。常用的Op07压摆率为3.5，压摆率过低，当信号频率超越100 Hz信号即发生严峻失真。故体系选用LM7171，一种高压摆率运放，压摆率为4 100 V/μs，满意满意10 MHZ的信号转化速度。
如图2所示，2、3、4号电压跟从器以1号电压跟从器的输出信号为输入信号。即由LM7171构成的高频缓冲器，信号经过1号电压跟从器输出信号与输入信号的比为1：1，即1号电压跟从器的输出信号等于输入信号。同理O1、O2、O3与输入信号i持平，确保了峰值检测电路、有用值电路及分频电路的输入信号的牢靠性。
1.1.2 峰值检测电路与有用值检测电路
经过峰值检测和有用值检测电路别离测出信号的有用值和峰峰值。经过峰值检测电路和有用值检测电路处理信号变为直流信号，然后处理了51单片机无法处理10 MHz高频率信号的问题。
峰值检测器(Peak Detector)要对信号的峰值进行收集并坚持。峰值检测器分红几个模块：(1)模仿峰值存储器，即电容器。(2)单向电流开关，即二极管。(3)输入输出缓冲阻隔，即运算扩大器。(4)电容放电复位开关。
体系峰值检测电路运用的运放是TI公司的Difet静电计级运算扩大器OPA128。选用OPA128中Datasheet供给的峰值检测电路。
由图4可知，输入为抱负二极管接法，输出为电压跟从器。首要特别选用场效应管或晶体管替代二极管，减小方向漏电流，因为场效应管的方向漏电流都在pA级，而二极管方向漏电流是nA级。其次电容的挑选也尤为重要，低漏电流需首要考虑。最终输出的运放最好选用偏置电流小的运放，FET输入型的是首选。
归纳剖析该电路有如下特色：(1)选用FET运放前进直流特性，减小偏置电流OPA128的偏置电流低至75 fA。(2)将场效应管当二极管用，能够有用减小反向电流一同添加第一个运放的输出驱动力。(3)小电容应该是避免自激的。
有用值检测电路中选用AD637，它是一款完好的高精度、单芯片均方根直流转化器，可计算任何杂乱波形的真均方根值，电路如图5所示。
输入缓冲和输出偏移接到内部的模仿公共端，一同接地;dB输出端悬空;输出缓冲悬空;CS经过一个外部的上拉电阻接Vs，下降体系在静态时的作业电流;外部的输入信号如果是沟通信号，需求在输入端串接一个无极性的耦合电容;%&&&&&%Cav作用是调整输出的直流信号纹波巨细。经丈量发现，有用值为0.7～7 V，在此规模内能确保丈量差错≤±0.2%+0.5 mV。
1.1.3 分频电路
89C51单片机内部计数器，在运用12 MHz时钟时，最大计数速率为500 kHz，因而需求外部分频。分频电路用于扩展单片机频率丈量规模，并完结单片机频率丈量运用一致信号，可使单片机测频更易于完结，并且也下降了体系的测频差错。
规划选用芯片74LS191，其为可预置的4位二进制加减法计数器，其功用表如表1所示，电路如图6所示。74LS191由JK触发器和门电路组成，按图6所示链接后芯片相当于4个JK触发器串联，而每个触发器在相应有用脉冲翻转一次。所以当第16个脉冲到来时C将发生进位输出。因为C输出低有用，所以在C处接74LS04反相器得到正脉冲，经16位分频处理后10 MHz信号变为62.500 Hz。
2 体系软件规划
信号经过缓冲器变为三路，别离送入峰值检测电路、有用值检测电路和分频电路。从峰值检测电路和有用值检测电路输出的极为直流信号，经过数模转化器送入51单片机的00口，则可得到信号的峰峰值。经过峰值与有用值的比即可主动检测出信号的类型，三角波峰值是有用值的1.732倍;正弦波有用值是峰值的0.707倍;方波峰值是有用值的2倍。最终一路信号经过分频后直接送入单片机的计数器即P3.2口。
一切检测的成果经过1602液晶显现器经过中止显现办法显现出来。
3 结束语
以上电路经实践测验查验，功能安稳牢靠，精度契合预期要求。跟着电子技术的前进，运算扩大器的集成化和处理才能也在不断地前进，可进一步前进其频率带宽和丈量精度。
