本項(xiàng)目旨在基于 PIC16F18877 單片機(jī)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)頻率測(cè)量?jī)x（頻率計(jì)）。該系統(tǒng)可通過捕捉外部輸入的方波信號(hào)，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)，并在 LCD1602 顯示屏上以 Hz 為單位實(shí)時(shí)顯示被測(cè)信號(hào)的頻率值。系統(tǒng)采用軟件定時(shí)+硬件捕捉的組合方式，兼顧響應(yīng)速度和測(cè)量精度，適用于中低頻率信號(hào)的測(cè)量需求。

具備 10 Hz ~ 10 kHz 范圍的方波信號(hào)頻率測(cè)量能力；

采用 CCP1 模塊的上升沿捕捉方式進(jìn)行脈沖統(tǒng)計(jì)；

利用定時(shí)器 TMR1 提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)（1s 周期）；

通過 LCD1602 實(shí)時(shí)顯示頻率值；

支持頻率范圍異常判斷與錯(cuò)誤提示顯示（Err Out）；

測(cè)頻結(jié)果刷新周期為 1 秒，可連續(xù)穩(wěn)定工作；

支持中斷方式工作，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，資源占用低。

關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如下：

表 1 頻率計(jì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及詳細(xì)說明

1.    使用內(nèi)部時(shí)鐘頻率為 16 MHz，TMR1 工作在 Fosc/4（即 4MHz）下；

2.    TMR1 每次計(jì)時(shí) 5ms，共 200 次形成 1 秒時(shí)間基準(zhǔn)；

3.    CCP1 模塊配置為捕捉模式，每次接收到一個(gè)上升沿即觸發(fā)中斷，累計(jì)脈沖數(shù)；

4.    將 1 秒內(nèi)捕獲的脈沖數(shù)即視為頻率值（單位：Hz）；

5.    所得頻率值由主循環(huán)中定時(shí)調(diào)用的LCD1602 模塊進(jìn)行顯示刷新；

6.    若頻率值超出設(shè)定量程，系統(tǒng)通過設(shè)定頻率為0xFFFF 觸發(fā) LCD 顯示“Err Out”，提示用戶超出測(cè)量范圍。

本系統(tǒng)以 PIC16F18877 單片機(jī)為核心，結(jié)合其 CCP 捕捉模塊、TMR1 定時(shí)器和 LCD1602 顯示模塊，構(gòu)建一個(gè)高精度、低復(fù)雜度、易實(shí)現(xiàn)的數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過在1秒時(shí)間基準(zhǔn)內(nèi)統(tǒng)計(jì)外部輸入脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，從而直接計(jì)算出信號(hào)頻率。

系統(tǒng)主要由以下三個(gè)核心模塊組成：

信號(hào)輸入捕捉模塊：使用 CCP1 模塊捕捉輸入方波的上升沿；

時(shí)間基準(zhǔn)模塊：采用 TMR1 定時(shí)器，每 5ms 計(jì)時(shí)一次，200 次構(gòu)成 1 秒；

數(shù)據(jù)顯示模塊：通過 LCD1602 顯示測(cè)得頻率，若超限則顯示錯(cuò)誤信息。

硬件設(shè)計(jì)基于Proteus平臺(tái)完成，采用最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：

時(shí)鐘：外部晶振 16MHz（配置為 Fosc/4 模式）；

電源：+5V 供電，帶電容濾波；

IO資源分配如下：RC2 作為CCP1捕捉輸入（頻率信號(hào)）端口，RD0–RD7是LCD1602數(shù)據(jù)口，RA3–RA5接LCD1602 控制引腳：EN、RW、RS。

使用仿真器提供的信號(hào)源模塊生成 10Hz~10kHz 的方波信號(hào)輸入至 RC2；

系統(tǒng)軟件基于 C 語言編寫，采用中斷驅(qū)動(dòng)機(jī)制，軟件總體流程圖如下：

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2025-6-28 17:30 上傳

圖 1 軟件總體流程圖

關(guān)鍵初始化配置如下：

CCP1PPS =0x12;     // 將RC2設(shè)置為CCP1輸入

CCP1CON =0x85;     // CCP1上升沿捕捉

CCPTMRS0 =0x01;    // 將TMR1作為CCP1的時(shí)鐘源

T1CLK =0x01;       // Fosc/4為TMR1時(shí)鐘，周期 = 1us

TMR1H = (65536-20000)/256;

TMR1L =(65536-20000)%256;

TMR1IE = 1;         // 開啟TMR1中斷

中斷服務(wù)程序如下：

void__interrupt() ISR(void)

{

    if(CCP1IF) {

        CCP1IF = 0;

        pulse++;

    }

    if(TMR1IF) {

        TMR1IF = 0;

        counter++;

        if(counter == 200) {

            counter = 0;

            if(pulse < 10 || pulse >10000)

                k = 0xFFFF;  // 標(biāo)記為錯(cuò)誤

            else

                k = pulse;

            pulse = 0;

        }

    }

}

LCD顯示更新：

if (k == 0xFFFF){

    LCD1602cmd(0x80); // 顯示首行

    LCD1602Write('E'); LCD1602Write('r');LCD1602Write('r');

    LCD1602Write(' '); LCD1602Write('O');LCD1602Write('u');

    LCD1602Write('t');

} else {

    顯示頻率數(shù)值（5位）

}