摘要：量程自切換頻率計采用AT89C51單片機控制，主要由信號放大整形電路，單片機控制電路，分頻電路，信號顯示電路以及電源電路五個模塊組成。本文闡述了系統的硬件組成及工作原理，論證了設計方案的可行性。系統程序采用C語言編寫，經Keil軟件進行調試后在Prote us軟件中進行仿真，并且經過實物的測試，可以實現對不同波形的頻率進行測量。具有自動切換并指示量程，精度較高，測量范圍較大等特點。
關鍵詞：單片機；量程；自切換；頻率計

近年來，隨著科學技術的快速發展，特別是類似單片機等相關集成電路生產技術的快速堀起，推動了儀器儀表及家電產業的快速發展，用程序代碼來簡化硬件電路的復雜程度，使其不斷向著體積小，價格低廉，功能更加多樣化、智能化的方向發展。功能齊全，價格低廉的產品越來越受到人們的青睞，當然，科技的發展最先受益的還是從事前沿科技研究領域的人員，對于他們來說，一款好的測量設備將為他們的研究工作帶來便利的同時也減輕很多負擔。就目前而言，高端儀器設備很多均依賴進口，研究并制造出屬于我們國家自己的高端儀器設備將是我們一直努力的方向，而且也具有非常廣闊的發展前景。

1 硬件電路設計
本設計主要由信號采集電路、放大整形電路、分頻電路、信號處理電路、電源電路和顯示電路等模塊組成。當采集到的被測信號經過放大整形電路后被整形為幅度適中的矩形波后，根據其頻率的高低選擇相應的分頻電路對其進行適當的分頻處理，然后單片機對分頻后的信號進行測頻，再經過處理后將結果送出去，驅動顯示電路輸出的數字頻率信息，同時指示相應的量程，從而實現對頻率的自動測量和顯示。頻率計的總體工作原理框圖如圖1所示。

1．1 放大整形電路的設計
9013是一種NPN結構的三極管，集電極和發射極之間的最高電壓25 V，集電極和基極之間的最高電壓為45 V，發射極和基極之間的最高電壓為5 V，集電極的最高電流0．5 A；三極管的最高耗散功率為0．625 W，最高的結溫為150℃，其特征頻率為150 MHz；放大倍數范圍是40倍～110倍；工作溫度范圍為-55～+150℃；74LS14是一種雙列直插式封裝具有六反相器的施密特觸發器，其工作的最高電源電壓為7 V，工作環境溫度范圍為0～70℃；三極管9013和施密特觸發器74LS14一起構成的放大整形電路能夠有效的對方波，正弦波，矩形波，三角波等信號進行放大和整形，并且能夠穩定的輸出，具有較強的驅動能力，能夠滿足本課題對0 Hz～20 MHz的頻率范圍要求。三極管9013和施密特觸發器74LS14構成的放大整形電路如圖2所示。

1. 2 信號分頻部分電路設計
74LS161為二進制同步計數器，具有同步預置數、異步清零以及保持等功能。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器；74LS151是具有選通輸入端，互補輸出的8選1數據選擇器，數據選擇端(ABC)按二進制譯碼，以從8個數據(D0～D7)中選取1個所需的數據。
數據選擇器74LS151與計數器74LS161構成的分頻電路能夠比較方便的完成對信號的分頻處理，通過數據選擇器來控制計數器構成的分頻器工作，從而實現對不同數量級的頻率信號進行有效的分頻處理；為后續電路的順利進行提供必要的保證。信號分頻模塊的電路圖如圖3所示。