基于单片机高精度测频方法的研究

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1、第!"卷第#期!"#$"%"$湖!北!工!业!大!学!学!报!&"’()*#"+,’-./0)/.(234"+5.67)"#"84!""$年"%月9’8$""$""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!文章编号"’""-&#,%##""$$%.""-$."-基于单片机高精度测频方法的研究王淑青’!吴作健!"湖北工业大学电气与电子工程学院!湖北武汉#-"",%’#湖北省通山县职教中心!湖北通山#-/,""$!摘!要"分析了利用单片机进行测频时测量原理%引起误差的原因#给出了提高频率测量精度方法#以及相应测量系统硬件%软件设计思

2、想*在设计中测频计数闸门完全由硬件控制#测频精度高#硬件%软件实现较方便%灵活%可靠*!关键词"频率测量&单片机&精度!中图分类号"0B+-$!!频率测量属于基本测量#人们将许多参数的测量转换成频率量来进行测量和处理#广泛应用于科学技术和工程的各个领域*单片机内部含有稳定度!文献标识码"%(!*!测周法测周法如图’!"所示#在被测信号一个周期内#计标准脉冲>F#计数值P’与>(关系为$()便地对外部信号或标准频率信号进行计数#因此单>(+>FP’+’5FXP’"片机测频越来越受到重视*利用单片机测频时#如选择不好测量方法可能引起很大误差&测频时如果不是真正靠硬件逻辑控制计数或

3、定时#而靠软件查询或中断响应后再停止计数#虽然理论上能达到很高!*!测频法测频法如图’!"所示#将被测信号输入到计数器的输入端#在一定时间5内计数器进行计数#计数值P!与被测信号的频率>(的关系是$的精度#但实际测量中由于单片机响应有一定的时间#难以做到精确的测量(!)*本文分析了频率测量产>(+P!5"生误差原因#针对被测量频率范围提出相应的测量方法及硬件%软件实现方法*!!测频原理及误差分析常用测量频率的方法有两种$测周法和测频法*由于以上两种方法在中频段时误差很大#较精确测!*!多周期同步法多周期同步法测频技术则利用两个计数器!见图’!""#在一定时间5内一个计数器计被测

4、信号#一个计数器计基准信号"这里计数闸门时间5不是固定的值#而是被测信号的整周期倍#即用频率相对低的被测量信号控制定时的开启和结束*频率计算公式$量采用多周期同步测量法(-.#)*测量原理如图’所示*P(P(>(+>F+PFPFX5F!*!测量方法引起误差比较&分析"对于测周法和测频法#频率测量的主要误差源都是由于计数器只能进行整数计数而引起的l’误差#误差计算公式如下$对于测周法有-’+<>(>(+*P’P’+Z’P’>(+Z>F+Z5F>(&对于测频法有!收稿日期"!""$&"&’#1/!!"’!!@较高的标准频率源%定时’计数器等硬件#能很方’":#3%!作者　简

5、介"王据淑青!+,+&"#女#河北阜新人#湖北工业大学讲师#研究方向$智能检测与控制*万方数-,湖!北!工!业!大!学!学!报!""$年第#期!-!+<>(>(+*P!P!+Z’P!+Z’5>("序’0"中断子程序*主程序中进行初始化’计算周期"E0"中断子程序重新置初值!并置标记主程序!!由以上公式可看出!测周法在被测信号频率较高时!误差较大!因此测周法只适用于低频测量"而计算周期"0"中断子程序使H"加’$程序略%*计算周期公式为测频法在被测信号频率较低时!如想提高测频精度则必使测量时间0延长!在实际测量中希望测量速5+:",$$-,$’,$",/"度尽

6、量高!因而只适用于高频测量*以上两种方法在中频段误差都比较大!对于多周期同步法!其误差有#<>(P’’’’-++.>F(>(PF5>F!!由上式可看出!多周期同步法误差只与基频信号频率和计数时间有关!与被测信号无关!测量精度大大提高!而且达到了在整个测频段的等精度测量*以上-种方法在测量中应根据具体情况选择*被测频率较低时选用测周法"频率较高时选用测频法"频率在中频段时选用多周期同步法*"!测量方法实现在测频中!根据测量频率范围选择适当测量方法*这里介绍的几种方法巧妙地靠硬件定时!可达到与硬件逻辑测频同样的精度*"*!周期测量法对于低频信号的测量!采用测周法*当被测信号

7、有可能频率在$"!"%Da时!利用$!系列单片机!此系列单片机增加了一个定时器&计数器!V’*还有另外一种功能V’*&0!KG作为定时&计数器!的捕捉&重新装入触发脉冲输入端*信号由V’*引脚输入!定时&计数器!计内部时钟以计算信号周期时间!计数初值为"*此时利用0!的捕捉功能!当引脚V’*上出现负跳变时0D!0[!的当前值自动送入HS(V!D’HS(V![寄存器!同时外部中断标志KGY!被置’!向SV1申请中断!中断响应程序清KG