实验五 数字频率计设计

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1、宁波大学信息学院2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告实验项目名称：数字频率计设计姓名：雷锋一号学号：123456789班级：通信121实验时间：星期四晚上姓名：雷锋二号学号：123456789班级：通信121实验地点：407一、实验目的1.掌握单片机片内定时器的使用方法。2.掌握基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。二、实验内容基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求：（1）测频率范围：10Hz~10KHz。为保证测量精度分为三个频段：10Hz~100Hz100Hz~1KHz1KHz~10KHz当信号频率超过规定的频段上限时，设有超量程指示。三个频段之间用手动切换

2、。（2）输入波形：低频函数信号发生器输出的矩形波，幅度为3V。（3）测量误差：σ≤±1%。（4）显示和响应时间：测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。三个频段的最大显示数分别为99.9Hz，999.Hz，9.99KHz，为此需要控制小数点位置，并用两个发光二极管分别显示频率单位：Hz或KHz，详见表1。三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内定时器的使用方法，了解数字频率计的测量原理及测量电路设计方法。掌握基于单片机的数字频率计工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。9宁波大学信息学院2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告四、实验仪器和设备P

3、C机、KeiluVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。（1）测频法测频法的基本思想是让计数器在闸门信号的控制下计数1秒时间，计数结果是1秒内被测信号的周期数，即被测信号的频率。若被测信号不是矩形脉冲，则应先变换成同频率的矩形脉冲。测频法的原理框图如图6所示。图中，秒脉冲作为闸门信号，当其为高电平时，计数器计数；低电平时，计数器停止计数。显然，在同样的闸门信号作用下，被测信号的频率越高，测量误差越小。当被测频率一定时，闸门信号高电平的时间越长，测量误差越小。但是闸门信号周期越长，测量的响应时间也越长。

4、例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz，如图2-2-2所示。由图可知，无论被测信号的频率是多少，测量时可能产生的最大绝对误差均为±1Hz，即f测-f真=±1Hz所以，最大相对误差为σmax=（f测-f真）/f真=±1/f真由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被测信号的频率成反比。因此测频法适合于测量频率较高的信号。（2）测周法当被测信号频率较低时，为保证测量精度，常采用测周法。即先测出被测信号的周期，再换算成频率。测周法的实质是把被测信号作为闸门信号，在它的高电平的时间内，用一个标准频率的信号源作为计数器的时钟脉冲。若计数结果为N，标准信号频率为

5、f1，则被测信号的周期为T=T1·N被测信号的频率为f=1/T1·N=f1/N利用测周法所产生的最大绝对误差，显然也等于±1个标准信号周期。如果被测信号周期的真值为T真=T1·N，则T测=T1·（N±1）σmax=（f测-f真）/f真=T真/T测–1=±1/（N±1）9宁波大学信息学院2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告由上式可知，对于一定的被测信号，标准信号的频率越高，则N的值越大，因而相对误差越小。（1）低频段的测量鉴于上述困难，对于低频信号，为了达到规定的精度，要采取一些比较特殊的方法。例如，可考虑将被测信号倍频后再用测频法测量。或将闸门信号展宽。由于倍频电路比较

6、复杂，所以一般采用后一种方法，实际上闸门信号展宽与被测信号倍频在效果上是相同的。闸门信号展宽比较容易做到，例如采用分频电路就可以实现。若闸门信号高电平时间从1秒展宽到10秒，则相对误差可以按比例下降，但响应时间也增大相同的比例。六、程序流程图9宁波大学信息学院2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告9宁波大学信息学院2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告七、实验结果与分析利用函数信号发生器产生各种频率大小在1HZ～10KHZ的方波信号，当频率≥100HZ时，响应时间为约1s，当频率<100HZ时，响应时间约10s。当频率在10HZ～100HZ时显示格式为xx.x，LE

7、D灯0亮起,表示单位是HZ；当频率在100HZ～1KHZ时显示格式为xxx.，LED灯0亮起，表示单位是HZ；当频率在1KHZ～10KHZ时显示格式为x.xx，LED灯1亮起,表示单位是KHZ。各频段实验数据见下表。输入频率/HZ实测频率/HZ相对误差(绝对值)1010.003535.007272.008888.30.34%1051050365365085285201.02K1.01K0.98%3.55K3.54K0.28%7.18K7.16K0.28%9.99K9.97K0.20%10K9