《基于单片机的频率计接口电路设计》12000字（论文）

基于单片机的频率计接口电路设计目录摘要 摘要针对目前社会及生产等领域对于频率计的需求，本文研究了使用STC89C52单片机控制的频率计接口电路，由震动传感器SW-420直接输出数字频率，运用单片机的外部中断实现采集与计数，系统直接克服了传统频率计精度低的缺点，在测得频率信号后，经由配备的LCD1602显示出来。同时兼具报警功能，结合矩阵按键设置频率的上限以及输入接收频率报警的手机号码，在频率超高时可报警提醒，在频率过高时SIM模块发送频率过高的提醒短信，复位按键实现复位。经过对频率计接口电路的测试，该系统完全可实现测量频率的自动化，与单片机计数结合的频率计将推动频率计数系统向着微型化与数字化方向发展，具有重要现实意义。关键词：频率计；LCD1602；STC89C52单片机；SIM模块1绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的迅速发展，用户对电子计数器提出了新的要求。对于中高档产品，要求要有高的分辨率、精度、稳定度、测量速率;除了通用计数器具有的功能外，要有数据处理功能和时域分析功能等，或包含电压测量等功能。这些要求有的已实现或者已部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有很多工作需要做，而非表面看到的似乎发展到头了。现今，数字频率计不仅是测量信号频率的装置，经改装，还可以用它测量方波的脉宽、测量电容等等。在生活中频率计也发挥了越来越重要的作用，比如用数字频率计监控生产过程，这样就能及时发现系统运行中的异常，从而给人们争取时间处理。频率计是一种能够在电子测量或者仪表盘等多种领域使用的专业测量频率的计数器，频率计不但使用方便，而且与示波器相比价格要低很多。随着现代电子产品的迅速发展，频率计被广泛的应用到计算机、通信及生产测控的装置中，在这些科学领域中发挥出了巨大的作用。目前频率计数在家庭、个人、生活、生产等多个领域已经成为不可缺少的技术，但是在测量的精度及可控性上仍然由一些缺点，单片机的控制恰好解决了频率计的这些问题。本文章所要介绍的课题对象是融入单片机技术的新型数字化频率计。在单片机的选择上，89C51单片机属于英特尔公司的8051系列。8051单片机系列研发年代早，技术突破多个领域，拥有深厚的技术基础，从上个世纪80年代开始流行至今。随着时代的发展8051单片机技术系列已经衍生出多个型号和品牌单片机，而它最著名的特点就是采用的CMOS技术功耗低。其在现代化生产中的应用主要以嵌入式方式进行发展和拓展。由于该单片机负载能力强，功耗相对较小，所以适合应用于多个领域，像小到通讯设备和家用电器、大到军事武器和航空航天。该单片机的自动化程度较高，控制能力强，既有良好的测量分析能力。频率计对微领域和测量领域的作用极为重要，作为频率测量准确和对频率灵敏度高的仪器，其在日常生活的应用中较为广泛，经常被用于电子测量仪器当中，像电子测温计等，在电子测量仪的示波器中功能受限制，而应用频谱仪的设备将会提高测量仪的精确；而在一些制造产业中，晶振产品的制造依赖于频率精确的测频仪，通过频率计检查晶体振荡器发出的频率，根据其变化和数值来排除残次品，对新产品进行合格性检验。除了在部分产品测量方面颇有造诣，频率计在航空航天、军事领域、现代电子元器件的计量研究方面也具有良好口碑。1.2国内外研究现状我国在这个领域的发展是极其迅速,现在的技术实际已是多年来见证。我国现阶段电子产品的市场特点﹐电子数字化发展很快﹐数字频率计已经应用于高科技等产品上面,在此基础上，用宽带相检测频技术结合现代数字化、计算机等现代化科学技术研发出的XDU-17型高分辨率计成为该领域的亮点，这种型号的频率计拥有更宽的比对频率范围、仪器本身简洁小巧。该项技术研究与同时期国际高水平频率计相比毫不逊色甚至性能更加优良，已经获得国家专利保护。并且该项技术创新斩获国内多个技术创新大奖，在人们眼前不断崭露头角，深受频率计研究领域科学家重视，发展潜力不可估量。除了上述的优秀的相检宽带测频技术频率计，我国还有一种新型研发的虚拟测振仪，这种测振仪也具有出色的性能，在测量频率方面大显身手。该测振仪通过与微机来进行测量和数据处理，其中涉及到的变时基传递函数分析技术首次应用，由此申请了专利权，通过运行多种虚拟软件来对测量对象进行检测报告，由于采用微机式操作系统，终端系统负载能力强，能够支持同时进行多个任务或者是工作，运营效率极高，在同类频率计当中也属于优秀仪器。在国外数字电路制造工业的进步,使得系统设计人员能在更小的空间实现更多的功能﹐从而提高系统可靠性和速度。计数器中的频率计可测量频率数据范围为12.4GHz，反应能力快，灵敏度高；其中兼具分析设备，能够自动进行数据分析和整理，将测试到的数据进行科学分析并且通过显示器提供给研究者进行参考，实时显示数据信息。该计数器功能也是较为强大，可监测指标种类繁多，像通常生产研究中常用的频率、平均时间间隔等都能够进行测试，包含范围极广。既然是通用计数器，其产生的测量结果都可以通过统计功能进行完成。国外的频率计掌握技术已经达到了炉火纯青的地步，像美国、欧洲、日本等发达国家早已领先国际水平，通过数字化频率计不断完成技术发展指标。在对国内外的不同种类和性能的频率计进行细致分析过后，我们会发现所有的频率计都有一个共同的特点就是都在朝着自动化和智能化发展。随着全球经济贸易的繁荣，各个国家领域文化技术交叉，而“科学不分国界”，科学领域的交流更能促进全球人类的技术发展。通过综合国内外的不同类型频率计制作原理和基本性能进行深究，取其精华，去其糟粕，借鉴国内外频率计研究思路和理论，在现有技术基础上进行产品创新。利用当代数字化趋势，趁势研究出数字化频率计，提高频率计准确性，降低生产成本，将频率计的使用范围扩展的越来越宽，朝着光明前景发展。1.3本文研究内容本文研究的使以单片机控制为基础的频率计接口电路设计，通过本文的研究可熟悉单片机的使用及编程方式，实现毕业设计的同时也使我对所学知识更加巩固；对使用的单片机片内模块更加熟悉，也学会了如何查阅技术手册，对硬件电路设计更加了解，整个毕设下来使我对硬件电路设计有所提高，软件代码编写上更加熟练，对单片机各个寄存器更加了解，代码编写更加规范，体会到了从设计之初的胆怯到完全掌握的一个过程。也对代码分析和程序流程图上更加熟练。通过用单片机为核心设计的频率计接口电路系统，学会了单片机中断计数的运用、LCD液晶屏如何显示都一一进行掌握。预期目标如下：（1）使用单片机(STC89C52RC)作为主控制芯片，接收信号来实现频率计数；（2）)采用液晶屏(LCD1602)显示频率信息；（3）采用独立机械按键进行频率报警限值的设置；（4）在频率高于矩阵按键预设值时报警；（5）频率过高时发送报警短信。2频率计接口电路系统方案设计本章将对频率计接口电路的具体方案做出设计，首先将系统按功能分成几个模块，然后根据对系统的分析，选择出适用于频率计接口电路的最终器件型号。2.1系统方案设计频率计接口电路设计采用单片机作为中央处理器，由震动传感器采集频率经单片机处理后驱动显示模块显示出具体的频率值，使用按键完成设置频率上限的功能，当目前的频率过高时，蜂鸣器报警的同时将频率过高的短信发送到用户手机。频率计接口电路方案设计如图2.1所示。图2.1频率计接口电路方案框图设计（1）电源电路：为频率计接口电路提供稳定的电源；（2）按键模块：输入频率上限以及输入频率过高时发送的短信号码；（3）震动传感器：检测震动频率，实现频率信号的采集；（4）显示模块：显示测量到的频率以及输入的手机号码等内容，实现人机交互的重要功能；（5）蜂鸣器：在测得的频率过高时实现报警功能；（6）短信模块：频率过高时发送的短信号码。2.2主要元器件方案选择及论证本设计根据设计要求进行主要功能器件选型和方案阐述，具体详见以下内容：2.2.1微处理器（MCU）的选择以及论证方案一：使用STM32系列单片机中的STM32F103C8T6单片机，在整个103系列单片机中属于价格低廉的，运行速度与其余32单片机没有差别都可以达到72MHz，性能比较稳定，内部具有A/D和D/A转换器、I2C和SPI总线接口，多达5个串口功能等等优点。STM32系列单片机供电电压一般为1.8V到3.6V，通常选用3.3V电源进行供电。下载调试接口为串口和SWD两种方式。该芯片也具有低功耗功能，对于省电产品设计具有很大的优势。方案二：选择STC89C52单片机目前是大学生使用设计的主流芯片，该芯片价格比32单片机更加低廉，可以说是单片机中价格最便宜的芯片。该芯片完全兼容了51内核架构并且引脚与51单片机完全兼容。有些STC单片机内部也集成了A/D功能，但是价格相对也会高出一部分。该芯片主流时钟只能跑12MHz。下载调试接口为串口。该51单片机是大学课本常用芯片，使用该芯片设计效率更高，之前调试的代码完全可以在这个单片机上运行，做起设计来更加顺手。方案三：选择AT89C51单片机，与STC89C52封装引脚是完全兼容的，基本功能相同，晶振频率也相同，运行速度不如STC系列单片机，同时程序下载调试需要有专用的编程器。总结：由于本设计需要使用外部12V电源供电，不用时将电源断掉，不存在低功耗省电功能，同时考虑到程序编写及调试的方便性，选择方案二：STC89C52单片机方案作为本设计的核心控制器件。2.2.2显示单元的选择以及论证方案一：选择数码管显示设计，数码管又叫7SEG段码显示，跟我们所说的段码液晶屏非常类似，但是驱动方式不同。段码液晶屏颜色多种多样，看起来美观大方。电路设计需要控制好段选和位选接口设计，如果设计中需要显示的数字或者字母内容过多时，需要增加串行输出并行输出的转换芯片进行设计，否则单片机端口会不够用。通常数码管在连续显示数字和字母上会受到限制，该数码管适合用于醒目设计的产品，以及显示内容比较单一的产品中。方案二：选择OLED液晶屏进行显示，通常选择0.96英寸液晶进行设计，该液晶屏可以显示RGB色彩，界面设计起来比较美观，刷新速度快、全视角显示、厚度较薄并且体积小；可以显示汉子、字符、图片等显示内容丰富多彩。不像LCD1602那样显示比较单一，并且通讯方式简单，SPI通讯即可实现液晶显示。方案三：选择液晶屏显示，LCD1602液晶屏课本中学习到该液晶屏，该液晶屏属于字符液晶，内部具有ASCII字符库，我们显示的时候只要按照ASCII显示即可。该液晶屏电路设计简单，只要将数据接口和控制管脚与单片机连接即可，需要注意的一点是，对比度调节端口需要可调电位器进行设计，用来调节内部对比度，才会使得显示效果达到最佳状态，如果液晶屏数据口的是51单片机P0口，需要将P0口接上上拉电阻进行设计，因为P0口属于开口输出管脚，不接上拉电阻不能保证电路正常运行。单片机控制液晶屏按照液晶屏时序控制即可。总结：根据以上分析，联系实际应用及成本综合考虑，本设计选择方案三：LCD液晶屏进行设计。2.2.3按键模块的选型方案一：矩阵型按键矩阵按键就是有行线和列线相组合，并且每一个按键都设置在列线和行线两条线的交叉点上，并且在硬件设计时不需要每个按键都占用一个I/O口，非常节省单片机的I/O口资源，而且使用是非常方便的，只是会存在一定的干扰，目前常用的矩阵按键有3*3布局或4*4布局两种，即9个按键和16个按键的布局方式，针对功能较多的设计中需要较多的按键一般均选用4*4布局的16个按键的方式[4]。方案二：独立按键从名称上，我们就可以理解它的布局方式及关系，独立按键就是所有按键都是独立的存在，在电路设计上，每个按键都需要一个单片机的I/O口进行控制，此时如果需要大量的按键则会占用超多的I/O端口，存在一定的资源浪费，或者I/O端口不够使用的情况，好处是他们之间不会互相干扰，所以独立按键的使用场景是需要少量的按键时才会使用的。而且在设计时简单大方会是一个不错的选择。综上所述：本次设计的频率计接口电路系统需要输入的信息较多设计的数字按键及其它的功能，所以在按键选择上，我们选择矩阵按键。2.2.4复位电路的选择以及论证方案一：使用阻容复位，在单片机的复位电路选择中，使用一个电阻加一个电容构成的复位电路是最原始的，也是成本最低的。既能满足复位的要还能节约成本。方案二：使用CAT809复位芯片，它的封装时最常见、最普通的SOT23封装，有3个管脚。809芯片是一个具有单一功能的，微处理器的复位芯片，主要用于监控单片机和一些其他逻辑电路的电源电压，外围无需外加其他元器件，在上电和掉电情况下都可以向单片机提供复位的信号。它的复位输出时低电平有效的，由于其超低至17μA的低电源电流，所以这个芯片是便携式、电池供电设备的首选。此芯片的价格大约在0.5-1.0元之间。总结：综上所述，本设计考虑成本问题，选择方案一：阻容复位电路进行设计。2.2.5蜂鸣器选择以及论证方案1：报警选择蜂鸣片进行设计，蜂鸣片大部分属于电磁器件，控制蜂鸣往往需要PWM进行控制，并且蜂鸣片通常都需要共鸣腔进行辅助否则声音很小，距离远听不到，不是最优选择。方案2：报警选择电压式蜂鸣器进行设计，单片机通过控制NPN或者PNP三极管以及MOS管打开和关闭即可实现蜂鸣器蜂鸣，电压式蜂鸣器不受共鸣腔限制。该蜂鸣器工作电流小，单片机控制蜂鸣器只需要通过管脚给高低电平即可实现蜂鸣器报警，是本设计最优选择。2.2.6短信模块的选择以及论证方案1：Air202S是一款超小封装的GPRS模块，选用标准的AT命令控制，支持OPENCPU开发，阿里云数据传输以及一键透传。在常温下都能够使用，最低工作温度为零下40℃，典型供电电压为3.8V。在上电后可通过AT命令来搜索信号，选用串口可实现串口调试、软件升级和调试等。方案2：SIM800L支持四频网络的GPRS模块，四频网络主要包括850/900/1800/1900mhz这四个网络频道，语音、短信和数据通信都能够实现，小巧的体型更适用于一些紧凑型的产品。除了电源、价格上的优势，SIM800L传输信号时更加稳定，相应速率快，增强的AT命令集控制更加方便。结论：SIM800L信号覆盖范围更好，不容易受信号干扰，首选方案2。3频率计接口电路系统电路设计3.1微处理模块设计本设计主要以STC89C52为核心器件，该芯片是直插式封装DIP40设计，实物设计需要购买DIP40的插座焊接上就可以使用，该芯片需要外接5V电源以及晶振电路、复位电路即可工作，外围需要接模块只需要与单片机的I/O口直接连接即可。下面简单介绍以下单片机最小系统的功能。3.1.1单片机功能介绍本设计根据方案论证选择51核单片机为核心，该单片机有P0到P3共32个I/O端口，此外该单片机还有好多第二功能接口设计，例如串口、外部中断以及内部集成的定时计数器功能，可以丰富产品设计。其中单片机内部Flash为8千字节，RAM为512字节足够多的存储空间为编写代码奠定了基础。硬件连接时需要注意P0口为开漏输出端口，必须外接上拉电阻进行硬件设计，否则可能输出不了高电平；单片机P3.0/P3.1为串口的RX和TX管脚，连接时注意收发顺序。选择的单片机基于以上优点，完全可以满足本设计要求。图3.1单片机功能管脚图3.1.2时钟电路为了保证单片机能够正常工作，还需要提供外部时钟电路。单片机的第18引脚和第19引脚是外接无源晶体和外部匹配电容的管脚；课本中已经学过51内核单片机晶振，一般选取11.0592兆赫兹或者12兆赫兹；外部匹配的负载电容根据器件选型的时候晶振的CpL来决定。例如我们选择的晶振CpL=15pF，那么我们需要根据负载电容的计算公式CpL=(C1*C2)/(C1+C2)来计算，设计时选择电容为30pF，负载电容的选取越接近当前负载电容越好，这样保证了时钟的准确性。通常时钟电路的接法如图3.2外部晶振所示。图3.2外部晶振3.1.3复位电路单片机的最小系统电路除了时钟电路还需复位电路才能正常工作，复位电路有很多器件可以选择，例如看门狗复位芯片、常规的CAT809复位芯片以及书本上阻容复位电路等都可以满足设计要求，为了节约成本又不失正常功能，选择阻容复位电路进行设计。硬件电路中其实阻容复位就可以满足需求，为了防止单片机使用过程中处于跑飞或者死机状态，我们常常在硬件设计时增加手动按键复位电路。具体复位电路如图3.3所示：图3.3复位电路图3.2LCD液晶显示模块设计频率计接口电路系统显示模块选用课本中所学的字符型液晶，该液晶屏第一管脚为GND，第二管脚为VCC，第三个管脚为对比度调节管脚，第四、第五、第六管脚为时序控制管脚，第七到十四管脚为数据关脚，第十五和十六管脚为背光控制管脚。由于单片机P0口接到液晶屏数据控制管脚，该管脚为开漏输出管脚，所以设计时在单片机P0口增加上拉电阻提高驱动能力，按照液晶屏规格书介绍连接电路如下图3.4、3.5所示。图3.4LCD硬件电路设计图图3.5上拉电阻图3.3频率检测电路设计系统中利用震动传感器感应震动，获取频率，当传感器感应震动时产生沿信号，定义外部中断为沿信号触发，当接收到沿信号时，外部中断开始计数，从而获得单位时间内的沿信号，计算出频率。震动传感器与单片机通信时采用P3.2引脚与震动传感器的DO引脚通信，从而将震动信号发送给单片机。频率计接口电路中的频率检测电路设计如图3.6所示。图3.6频率检测电路设计3.4矩阵按键电路设计矩阵按键与独立按键一样都是受到电平信号控制的，但是矩阵按键通常是由十几个独立按键排列成的矩形，行线和列线之间有一个交叉点，在这个交叉点上焊接一个独立按键，每个交叉点上都有一个执行功能的按键。矩阵按键通过列线与单片机的I/O引脚连接，行线与5V电源连接。如果交叉点上的按键被触发，单片机会通过程序控制I/O口输出电平信号控制按键执行功能。系统中的矩阵按键的行线和列线由单片机的P0.0-P0.7这8个I/O口发出的电平信号控制。键盘输入电路设计如图3.7键盘输入电路设计所示。图3.7键盘输入电路设计A输入手机号码B确认*设置#确认1、2、3、4、5、6、7、8、9、0数字键，直接输入数字3.5报警模块设计在本设计中，之所以选择使用蜂鸣器作为报警的器件，因为蜂鸣器它的体积小，并且电路设计简单，使用的电压式蜂鸣器发出的声音精锐刺耳，更容易让人警觉。在硬件电路设计中，I/O口能够提供的电流小，不能直接驱动蜂鸣器，只能通过添加驱动的方式使蜂鸣器工作，发出更大的声音。单片机I/O口通过一个驱动电路来控制蜂鸣器工作，以三极管S9015为驱动电路进行设计，并有限流电阻通过单片机的I/O口控制三极管的通断，当单片机I/O口被置低电平时三极管导通，蜂鸣器蜂鸣，反之蜂鸣器关闭报警。具体电路如下图3.8所示。图3.8声音报警电路3.6SIM800L短信模块设计SIM800L模块与单片机连接时通过串口通讯，该模块指令属于“AT”指令模式控制，发送短信过程为：用户将数据给到GSM模块，该模块再将数据传送到基站内部的子系统，基站子系统（BSS）与网络子系统（NSS）相连实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等，也与操作支持子系统（OSS）之间实现互通。。SIM800L短信模块的原理就像我们平时用的手机一样，在连接机栈得到GSM信号之后即可实现通信，通过AT指令程序直接就能驱动SIM800L发送短信。SIM800L短信模块和单片机之间的电路连接方式为串口，直接通过P3.1引脚向SIM800L发送短信信号，SIM800L在收到信号后执行发送短信动作。在电路中还连接了1000μF的电容和IN4007二极管，让SIM800L短信在发送短信时的电压更加稳定。由于本设计电压为5V供电，该模块不支持5V电源供电，所以设计电路时需要通过一个二极管IN4007进行降压来达到设计要求，同时为了保证上电瞬间电压太大，需要通过一个1000uF的电解电容稳压。SIM800L电路设计如图3.9所示。图3.9SIM800L短信模块电路设计常用的SIM800L模块具有以下特征：第一：供电电压要求为3.7到4.2伏之间；第二：供电电流要求为最大瞬时电流可达1安培；第三：与单片机通讯时标准的TTL电平或者232电平；第四：具有一路SIM卡卡槽设计；第五：可以在零下30℃到最高80℃下工作；第六：睡眠模式下电流可降低到2毫安左右，待机状态下不到20毫安；第七：该模块可以在GSM/GPRS900/1800MHz频段下工作。4系统软件设计硬件电路详细介绍已经完成，按照硬件详细方案介绍绘制电路，焊接实验板，接下来就是软硬件联调的过程。整个设计既需要硬件设计作为基石更需要软件赋予灵魂才能达到预期的效果。本设计使用单片机C语言进行编写和调试工作，首先我们需要建立工程框架、完成编译、下载整个过程，编译软件使用KEIL4进行调试。4.1系统主程序设计单片机程序烧录程序是通过KEIL编译后生成的HEX文件，生成的文件属于主控制芯片（STC89C52）单片机能够识别的指令，KEIL开发环境能够更好的实现断点设置、寄存器查询、变量状态值查看，更加方便入门开发者上手调试，最后烧录的代码才能保证单片机各个功能状态的稳定运行。按照以上建立软件功能，KEIL软件配置后，进行软件各个功能模块实现，具体实现下面进行详细介绍。主程序开始后首先初始化中断与定时器，然后检测震动，根据震动信号计算出频率再显示出来，读取按键成功后可输入手机号码，设置频率的上限，在频率超过上限时蜂鸣器报警并发送报警短信。频率计接口电路系统主程序流程如下图4.1所示。图4.1程序控制主流程图4.2系统子程序流程设计4.2.1单片机定时中断程序设计本设计选用的51单片机内部有五个中断源设计，分别为两个外部中断、两个定时器中断和一个串口中断组成，程序执行时中断的优先级最高，当在主程序某一个任务下执行时，突然来一个外部中断，直接去执行外部中断程序，执行完以后再接着执行主程序中被打断的任务，这就是所谓的中断，中断也有不同的优先级划分，我们在编写中断函数时可以根据需要设定中断优先级，例如当前执行的是定时器中断正在计数，突然来一个设定优先级比定时器中断优先级高的中断，此时去执行高优先级中，执行完以后接着执行定时器中断，这就是所谓的中断嵌套。51单片机中断源比较少，内部架构比较清晰，内部中断架构图如下4.2所示。图4.2单片机中断内部架构图为了节省单片机中使用机器周期控制的延时占用单片机执行效率，一般大程序都采用定时器设计延时函数，例如设计一个10毫秒的延时函数用来控制液晶屏显示内容更新，首先对定时器进行初始化，选择定时器模式1，定时长度为16位定时，接着对计数器初始装载寄存器进行赋初值TH0和TL0寄存器，根基选择的外部晶振为12兆赫兹，定时装载初值为1时，计时时间为机器周期1/12*12为1微秒，10毫秒为1微秒的10000倍，所以定时器初值装载值高八位为TH0=(65536-10000)/256,低八位为TL0=(65536-10000)%256,接着开启总中断EA,打开定时中断ET0以及开启定时器TR0;接着编写中断函数并在中断函数内部再次对TH0和TL0寄存器赋初始值，设置标志位当10毫秒进如中断以后标志位置1，在主循环中控制液晶屏显示，并把中断标志清零。这就是定时器定时显示程序设计。定时器中断流程图4.3所示。图4.3定时器中断流程图4.2.2显示频率程序设计编写液晶屏程序时，首先按照液晶屏时序图编写液晶屏的写命令函数、写数据函数，之后再根据写命令和写数据函数展开编写显示字符函数和数字函数，最后按照命令控制表对液晶屏进行初始化操作，LCD1602液晶屏控制流程如下图4.4所示。图4.4LCD1602显示控制流程图4.2.3振动检测程序设计本设计使用振动传感器模块来检测频率，当震动传感器感应振动信号，单片机检测到振动信号输出管脚电平变化，进行执行相应的工作；具体流程图如下所示：图4.5振动传感器控制流程图4.2.3频率计算流程图频率是通过采集震动的信号实现采集的，在程序开始后首先检测震动，采集频率，再经过频率转换，做出十进制的转换，在转换完成后，将最终的频率结果显示在LCD1602液晶显示屏上。频率计算流程图如图4.6所示。图4.6频率计算流程图4.3蜂鸣器报警设计根据硬件电路设计可知，单片机I/O口通过控制三极管的通断来控制蜂鸣器进行蜂鸣设计，硬件设计选择使用的是PNP型三极管控制，根据三极管的工作原理，PNP型三极管基极给低电平才能导通，使得蜂鸣器有一个回路触发蜂鸣器，编写程序时单片机P2.0口给低电平进行报警，否则关闭报警。具体操作流程如下图4.7所示。图4.7报警流程图4.4GSM模块程序设计本设计是当频率过高时发送提醒短信，单片机控制GSM模块需要按照AT指令执行，接下来编写程序。接下来开始对SIM800L初始化操作；并检测SIM卡是否存在以及注册网络等信息,接下来按照发送信息指令+电话号码+发送内容到SIM800L模块，即可实现短信发送。短信发送流程图如图4.8所示。图4.8发送短信流程图5频率计接口电路设计调试本章将对频率计接口电路系统中的软件和硬件这两部分的功能和完成的效果做出一定的调试，然后对该系统的运行效果进行查看，确保该系统已经完成了预期的功能。5.1系统软件调试无论是多么资深的软件编程开发者都不能保障程序的百分之百的正确，特别是新手在编写软件代码中是很容易出现错误的，因此在编写频率计接口电路系统的代码时要非常注意语法错误，避免错误的出现。除了在编写代码过程中需要注意外，在代码完成后还可以使用KEIL4自带的断点调试功能对每一行代码进行逐句调试，然后再按下单步调试按钮运行C语言程序，最终点击编译按钮编译程序，查看最终的编译效果，如果不提示错误了就说明频率计接口电路系统的代码编写是正确的。在编写频率计接口电路系统的程序时，必须要反复对代码进行检查，因为就算很小的一个延时或者符号错误，都会让频率计接口电路系统的程序出现编译错误的情况，这样是不可能实现系统功能的。特别是对于第一次编写程序的新手来说，在编写程序时会出现的意外情况和错误都很多。因此在建立输出或者输入程序时也要进行检查。在频率计接口电路系统中程序编译错误如图5.1所示。图5.1错误检查在经过程序的不断检查和修正与编译尝试，如果想知道程序是否已经编写成功，就可以点击一下编译的按钮，然后查看编译结果的提示，如果在编程后看到了“0error”的提示，这个提示结果就表示程序中已经无错误，这时候才会生成可以烧写进单片机，控制整个频率计接口电路系统实物运行，实现系统功能的“hex”文件。如图5.2所示。图5.2程序编译通过在完成编译后生成的这个“hex”文件就是屡次尝试和调试程序的最终结果，将这个文件利用烧录软件和USB转TTL采用串口的方式烧录到单片机中，就可以了，此时标志着频率计接口电路系统程序的调试完成。5.2系统硬件的调试在调试频率计接口电路系统的硬件时，硬件是可以看的到，摸得着，这样在调试时也会更加的直观。在调试硬件时，硬件电路是可以用调试工具测试到的，主要就是在焊接的时候就能一边测量一边焊接，如果想增加硬件电路调试的正确率，还可以在焊接电路之前把电路通过软件绘制一遍再按照确定好的电路图焊接硬件。在调试频率计接口电路系统硬件时需要注意的问题如下：（1）制作频率计接口电路系统的元器件引脚的正负极问题：在制作频率计接口电路系统时，很多的元器件都是有正负极之分的，只有少量的元器件不需要区分正负极，但是频率计接口电路系统中基本所有的元器件都有正负极之分。无论是在焊接还是连接时，如果元器件接反就有可能导致整个电路板的烧毁，因此检查电路的正负极这个问题是比较严重的。在本电路中使用模块的电路并不复杂，与单片机的电路连接方式也很简单，但是也要在电路的设计中注意正负极，在插上元器件时也要注意。（2）电路虚焊问题：在焊接电路板时，初次焊接硬件时难免焊接工艺水平较差，因此需要比较大的细心程度，这样可以有效避免在制作频率计接口电路系统电路时出现错误以及虚焊等问题，但是在很多情况下看是看不出来的，，这时候就可以使用万用表测试一下，确保制作出来的频率计接口电路系统的电路的正确性和完成性。（3）显示问题：在频率计接口电路系统中，LCD1602需要显示系统显示频率等内容，而在硬件中，显示屏的电压对于显示屏的清晰度也会有着重要的影响，这时候硬件上的滑动变阻器就可以发挥出调节电压的作用，左右旋转滑动变阻器就能调节显示屏的供电电压以此达到调节清晰度的目的，能够使系统显示更加清晰。5.3实物展示频率计接口电路系统由洞洞板焊接，以STC89C52单片机作为硬件的核心，外部连接了LCD1602显示模块、震动传感器、矩阵按键和SIM800L短信模块。经过对频率计接口电路系统的调试后可查看实物的功能是否符合预期的目标，验证实物的运行效果。频率计接口电路系统实物图如图5.3所示。图5.3频率计接口电路系统实物图为频率计接口电路系统供电后，就能后显示目前的频率计接口电路系统的频率等内容。LCD1602液晶显示屏的背光亮起是系统上电后的重要标志。频率计接口电路系统实物的运行效果如图5.4所示。图5.4实物运行效果使用频率计接口电路系统上的按键能设置频率计接口电路中频率的上限，如果目前的频率高于设置的频率上限，蜂鸣器报警而且还要发送报警短信给已经输入好的手机号码。这些按键着实为管理者提供了方便。频率过高报警时，发送的报警短信如图5.5所示。图5.5发送报警短信经过对频率计接口电路系统的具体调试，该系统能够实现了频率的检测、频率的显示、频率上限的设置、频率过高的报警功能以及短信提醒功能，频率计接口电路系统调试成功。总结本系统为采用STC89C52单片机为的频率计接口电路系统，在制作频率计接口电路系统前，首先连接了频率计接口电路系统的应用领域，保证制作的频率计接口电路系统能够应用到哪些单位中，使制作的频率计接口电路系统更加具有实际的使用价值。本系统中设置的频率计能够直接实现具体频率数值的显示，而且还能在频率过高时报警。从软件和硬件两部分来看，频率计接口电路系统的电路和代码都从合理性出发，选择出来的元器件也是最适用于系统的元器件，在运行时也发挥出了巨大的作用。智能化程度也非常高。当然回头看该频率计接口电路系统也有着一些不足，例如可以采用红外远程的方式去控制开始或者停止检测频率，如果加入WIFI联网的功能，管理人员只需要坐在电脑旁就可以使用电脑对频率计接口电路系统的时间等内容进行设置，这样会大大增加频率计接口电路系统的方便性，在使用系统时将会发挥出更大的作用。在经过改进后，频率计接口电路系统的应用范围将会更加广泛，其它的一些企业也可以使用到，将会为更多的领域发挥出卓越的贡献。参考文献[1]郑太恒,孙凤乾,刘海英,刘大鹏.智能频率计的研究与设计[J].齐鲁工业大学学报,2021,35(02):56-61.[2]孔德强.应用于地铁深基坑开挖检测的频率计注塑模具流动平衡优化分析[J].塑料科技,2021,49(01):110-112.[3]朱丽,陶沙,夏增.数字频率计的设计[J].福建电脑,2020,36(11):114-115.[4]王俊博.基于FPGA的简易数字频率计设计[J].科学技术创新,2020(28):105-106.[5]颜谦和,颜珍平.基于Arduino的高精密数字频率计的设计[J].仪表技术与传感器,2020(09):55-58+77.[6]丁聪,胡宇航,吴婷,肖妮.等精度频率计的Verilog设计与仿真[J].电子制作,2020(17):22-23+43.[7]徐冬冬,闫嘉琪.基于FPGA的数字频率计的设计[J].数字技术与应用,2020,38(06):120-121.[8]赵迎会,周万顺,陈威志.基