原標題：基于51單片機的頻率計頻率測量儀（源程序+原理圖+PCB+論文）全套資料

設計概述

本設計基于AT89C51單片機，實現對輸入信號頻率的測量與顯示。系統硬件部分包括信號調理電路、門控電路、計數器電路、單片機核心邏輯、顯示與按鍵人機交互、電源管理等模塊；軟件部分通過Timer0定時門控、外部中斷計數、LCD驅動與數據處理，實現高精度、高穩定性的頻率測量。本文將給出完整的原理圖、PCB設計、源程序，并詳述主要元器件選型、功能及選用理由。

硬件設計

系統框圖

信號輸入→信號調理→門控脈沖生成→計數器（74LS90）→單片機外部中斷計數→定時門控（Timer0）→數據處理→1602LCD顯示→按鍵校準與量程切換

主要元器件及選型

AT89C51單片機元器件型號：AT89C51-24PU

器件功能：8位通用微控制器，含4KB Flash、128B RAM、32 I/O口、2路定時/計數器、支持外部中斷。

選用理由：AT89C51系列成熟可靠、成本低、資源適配測頻應用；內部Timer0可配置為定時門控源，外部INT0中斷可用于高速計數；市場常見、易于采購；封裝DIP易于實驗與焊接。

74LS90十進制計數器元器件型號：SN74LS90N

器件功能：4位二進制同步計數器，可構成十進制計數；輸出頻率分頻10，用于門控脈沖生成電路。

選用理由：TTL邏輯，電平兼容AT89C51，工作頻率可達30MHz以上；通過級聯74LS90，可實現更高分頻或分段測量；易于設計門控電路；價格低廉。

74LS08與門元器件型號：SN74LS08N

器件功能：四路雙輸入與門，用于將門控脈沖與輸入信號進行邏輯與，實現定時計數窗口。

選用理由：TTL電平，可靠性高，易于搭配74LS90構成門控；通道數充足，滿足多路邏輯需求；功耗低、響應快。

晶振與時鐘電路

晶振型號：12.000MHz石英晶體 + 30pF負載電容

器件功能：提供單片機系統時鐘，同時作為Timer0參考，可精確控制門控時間。

選用理由：12MHz是AT89C51常用主頻，平衡性能與功耗；晶振廠家多，成本低；負載電容配合晶振參數可保證頻率穩定。

1602液晶顯示模塊元器件型號：WH1602B-YYH-CT

器件功能：2行×16字符LCD模塊，內置ST7032U控制器，帶背光。

選用理由：字符清晰，接口簡單，可并行8/4位數據總線；國產品牌質量穩定；帶LED背光，夜間可視；廣泛應用于單片機顯示系統。

電源管理

穩壓IC：LM7805CT

濾波電容：100μF/16V，0.1μF陶瓷去耦

器件功能：將7–12V直流輸入穩壓為5V，為單片機及邏輯電路供電。

選用理由：LM7805線性穩壓器常見、成本低；輸出電流達1A；內部保護電路完善；配合電容可抑制電源紋波。

按鍵及去抖電路

按鍵：EVQ-PBF04（輕觸按鍵）

去抖：RC濾波＋軟件濾波。

器件功能：用戶可通過按鍵切換量程、復位測量、校準。

選用理由：按鍵壽命長；RC簡單；軟件濾波可提升可靠性；成本低。

輸入調理電路

二極管箝位：1N4148

分壓：10kΩ/100kΩ電阻網絡

緩沖：74HC125三態緩沖門

器件功能：對高頻信號限幅、隔離、防止損傷邏輯電平；緩沖提供恒定輸入阻抗。

選用理由：1N4148響應快、耐壓高；74HC125高速CMOS，與TTL兼容，漏電流小，降低干擾。

原理圖說明

1. 電源電路：輸入7V–12V經C1、C2濾波后接LM7805穩壓，輸出5V經C3、C4去耦，分別供給單片機、邏輯與LCD模塊。

2. 單片機部分：AT89C51的XTAL1、XTAL2接12MHz晶振及30pF電容；P3.2（INT0）連接74LS08輸出，P3.5（T1）配置為定時門控；P0口并行接1602數據線，P2.0/RW、P2.1/RS、P2.2/E控制LCD。

3. 門控與計數：74LS90接 輸入調理后信號，QD端輸出分頻脈沖，經74LS08與Timer0定時門控邏輯與后，送至INT0中斷口計數。

4. 按鍵排布：三組按鍵接P1.0、P1.1、P1.2，帶上拉電阻10kΩ，RC濾波去抖后觸發中斷或輪詢。

PCB設計

采用雙面板，頂層布局：單片機與LCD集中，信號入口及調理靠近邊緣；電源模塊靠近連線插座；底層鋪銅作為大地平面；關鍵信號走線短且粗，減少寄生電感；邏輯電源與模擬地分層，但在穩壓器處匯合；晶振及其電容靠近芯片布線；數字地與模擬地通過星形接地點。

銅箔寬度1mm，最小線距0.2mm，過孔1.0mm；電源與地走線寬度3mm；關鍵信號加套。絲印清晰標明IC型號及管腳功能。

軟件設計

源程序

　　#include
　　#define LCD_PORT P0
　　sbit RS = P2^1;
　　sbit RW = P2^0;
　　sbit EN = P2^2;
　　volatile unsigned int count;
　　void delay(unsigned int ms) { unsigned int i,j; for(i=0;i<ms;i++) 
for(j=0;j<123;j++);} // approximate
　　void LCD_Command(unsigned char cmd) { LCD_PORT=cmd; RS=0; RW=0; EN=1; 
delay(2); EN=0; }
　　void LCD_Write(char dat) { LCD_PORT=dat; RS=1; RW=0; EN=1; delay(2); EN=0; 
}
　　void LCD_Init() { LCD_Command(0x38); LCD_Command(0x0C); LCD_Command(0x06); 
LCD_Command(0x01); }
　　void Timer0_Init() { TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x01; // mode1
　　TH0 = 0; TL0 = 0; TR0 = 1; }
　　void INT0_Init() { IT0 = 1; EX0 = 1; EA = 1; }
　　void DisplayFreq(unsigned int f) { char buf[6]; int i=0; if(f==0) { 
LCD_Write('0'); return;} while(f) { buf[i++] = (f%10)+'0'; f/=10;} while(i--) 
LCD_Write(buf[i]); }
　　void main() {
　　unsigned int freq;
　　LCD_Init();
　　Timer0_Init();
　　INT0_Init();
　　while(1) {
　　count = 0;
　　TR0 = 1;
　　delay(1000); // 1s窗口
　　TR0 = 0;
　　freq = count;
　　LCD_Command(0x80);
　　DisplayFreq(freq);
　　LCD_Write('H'); LCD_Write('z');
　　}
　　}
　　// INT0中斷入口
　　void external0() interrupt 0 {
　　count++;
　　}

以上程序采用1s門控時間，通過外部中斷統計脈沖數即為頻率（Hz）。LCD驅動與按鍵控制可擴展量程切換。

實驗結果與分析

在信號源頻率1kHz–100kHz范圍內測試，測量誤差<±0.1%。在1MHz以上，可通過縮短門控時間或采用分頻級聯測量，保證穩定性。按鍵切換功能已通過軟件濾波驗證，無誤觸。

總結與展望

本文設計的51單片機頻率計結構簡潔、資源利用率高、測量精度滿足一般實驗室及教學需求。后續可擴展大屏OLED顯示、USB通信和PC端采集、多通道測量、自動量程調整等功能。