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1、基于单片机的高精度测频仪姓名：XX专业：电子信息工程学号：1111111摘要：本论文采用MCS—51单片机设计测频仪，采用单片机与频率测量技术相结合，利用多周期同步测量法测量信号的频率，多周期同步测量频率方法具有精确度高、测量迅速，容易实现测量过程自动化等一系列优点，而单片机内部具有定时/计数器和高稳定度的标准频率源等硬件资源以及灵活的软件运算和控制功能,能十分方便地对外部信号进行计数,并且可以实现逻辑控制及数据运算。克服了通用频率计由于±1MSB误差在高低频段测量精度不等的缺陷,实现了高低频率的等精度测量。关键词：单片机频率多周期同步法测频法引言随着科技的高速发展，人们将许多参数的测
2、量都转化为频率来测量和处理，在电子测量中，频率的测量精确度是最高的，利用单片机测量频率具有精确度高、测量迅速、使用方便、容易实现测量过程自动化等一系列突出优点，已成为目前频率测量的主要方法。由于单片机内部含有稳定度较高的标准频率源、定时/计数器等硬件，能非常方便的对外部信号或标准频率信号进行计数，并且可以实现计数的逻辑控制及数据存储运算等。多周期同步测量频率方法具有精度高、测量迅速、容易实现过程自动化等一系列优点，已成为目前频率测量的重要方法。而单片机内部具有定时/计数器和高稳定度的标准频率源等硬件资源以及灵活的软件运算和控制功能,能十分方便地对外部信号进行计数,并且可以实现逻辑控制及
3、数据运算。克服了通用频率计由于±1MSB误差在高低频段测量精度不等的缺陷,实现了高低频率的等精度测量。频率的测量有多种方法，周期法适用于低频信号，测频法适用于高频信号，多周期同步测量法适用于中频信号，不同的方法需要设计出不同的测量系统，由于我们不知道一个频率的范围到底是多少，所以实际测量时会很麻烦，不能直接测量，鉴于传统的测频法都存在着不少如测量误差大、量程不宽、使用不便等问题，我研制了一种高精度测频仪系统。该系统采用多周期同步法与测频法相结合的测频方法，此方法能迅速测量出各种频率、精确度高、误差小、量程宽、直接测量。本文设计的测频仪就是基于上述的设计思路。设计原理基于单片机的频率测量
4、仪,通常是通过判断周期基于单片机的频率测量仪,通常是通过判断周期统主要由3大部分组成:波形转换电路、单片机电路、LCD1602显示电路,如图1所示频率测量仪要实现对任意波形信号如正弦信号、尖脉冲信号进行测量,必须要将输入信号变换成周期性的矩形脉冲信号,可以采用如555电路等来实现.转换后的矩形脉冲送给单片机,单片机在程序代码的驱动下,通过定时器/计数器功能模块对信号进行采样,提取频率的相关信息,经运算处理后转变为原信号的二进制频率数值.由于直接显示二进制数并不直观,为了方便读取,还需要将二进制的数转换为相应的十进制压缩BCD码,再输出给字符型液晶显示器LCD1602显示出来。测量原理和
5、方法信号预处理单片机是数字信号处理工具。输入单片机的信号必需是离散的数字信号或者是脉冲信号。因此检测来的正弦信号必需经过预处理变为单片机能接受的,且是采集简便,计算工作量较少的信号。首先将信号通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号,同时也进行线性放大,使之变为一波形正规幅值适当的正弦信号,然后经过零比较器变为方波信号进入单片机。原理交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间内由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=n/t。可以看出,测量fx必将N或t两个量之一作为闸门或基准,对另一个量进行测量。在一般的数字电路中,对fx的测量是由电路提供标准闸门信号即t=Tc,Tc通常为1s或它的十倍百倍
6、等,然后对Tc内的被测信号变化的次数进行计数,得到Nx,即可得到fx=Nx/Tc。对于低频信号,数字电路中采用的是测周法,即Tx=1/fx=t/N,由电路提供标准时基信号Tc,将被测信号的周期作为闸门时间,将测量转化为对标准时基信号进行计数Tx=nx/Tc。在数字电路中,标准闸门信号或标准时基信号由专门的电路提供。利用MCS-51系列单片机运用上述测量原理,标准闸门信号或标准时基信号可由单片机内的定时/计数器提供,只需采用简单的程序控制就可以测得信号的频率fx或周期Tx。频率测量方法频率测量方法适用于高频信号。充分利用单片机内的两个定时器/计数器。一个作为定时器,给出标准闸门信号Tc；
7、另一个作为计数器,对fx的变化次数直接进行计得Nx,则fx=Nx/Tc。测量时将MCS-51单片机内的两个定时器/计数器分别定义：T0为计数器，T1为定时器，均采用方式控制TMOD为51H。如果单片机晶振采用1.2MHz,则其机器周期为16位定时器的最长定时时间只可为655.36ms，先将定时器初值设为#3CB0H。计数器T0对信号脉冲计数，其初始值清为#0000H。当定时器T1开始定时计数器的同时，打开计数器T0对外部脉冲计数；当T1=500
