基于单片机的等精度数字测频

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1、荿莀袈羆肈蚅螄羅膁蒈蚀羄芃蚃薆羃莅蒆袅羂肅艿螁肂膇蒅蚇肁芀芇薃肀罿蒃蕿聿膂芆袇肈芄薁螃肇莆莄虿肆肆基于单片机的等精度数字测频在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数，频率与其他许多电参量的测量方案，测量后果都有十分密切的关系。因此，频率的测量就显得更为重要，而且，目前在电子测量中，频率的测量精确度最高。由于数字电路的飞速发展和数字集成电路的普及，电子计数器已成为近代测量的重要手段。它可严格按照式f=N/T所表达的频率的定义进行测频，原理方框图如图1所示。放大整形闸门计数译码显示fx门控信号控制电源石英振荡器放大整形分频图1：电子计数器测频原理方框图首先，被测信号通过放大整形，形成幅

2、度一致，形状一致是计数脉冲。然后，M将它加到闸门的一个输入端，闸门由门控信号来控制其关闭时间。计得的脉冲送至译码，再送显示器显示出来。而由晶振产生的1MHz的振荡信号经放大整形，形成方波，经多个10分频10s,1s,0.1s,0.01s,1ms,那么有fx=N/T符合测频定义。根据f=N/T，不难看出，采用计数器测频的测量误差，一方面决定于闸门时间T准不准确，即由晶振提供的标准频率的准确度ΔT/T=-(Δfo/fo)；另一方面决定于计数器计得的数准不准，即“±1误差”，ΔN/N=±1/N=±（1/T*fx）。所以，计数器直接测频的误差主要有两项，即±1误差和标准频率误差。测低频时，

3、由于±1误差产生的测频误差大得惊人，所以不宜采用直接测频方法。由于fx较低时，利用计数器直接测频，由±1误差所引起的测频误差将会大的不可允许的程度。所以，为了提高测量低频时的准确度，即减少±1误差的影响，可改成先测周期Tx，然后计算fx=1/Tx。测量原理：首先Tx经放大整形控制双稳态触发器形成门控信号，控制闸门的开闭；然后晶振产生的1MHz的振荡信号，经放大整形形成方波，产生幅度一致，形状一致是计数脉冲。当闸门打开时，对计数脉冲进行计数；闸门关闭时，停止计数。计得的脉冲送译码，送显示。石英振荡器分频放大整形门控信号计数译码显示闸门放大整形Tx图2：电子计数器测周期原理图8XX51

4、单片机的定时器T1由TH1，TL1组成，定时器T0由TH0，TL0组成。它们均为八位寄存器，映射在特殊功能寄存器中，占地址8AH~8DH。它们用于存放定时或计数的初始值。此外，内部还有一个八位的方式寄存器TMOD和一个八位的控制寄存器TCON，用于选择定时器的工作方式，如计数还是定时（C/¯T），启动的方式（GATE）及发启动控制信号TRx。÷12OSCTFxTL（8位）THx(8位)Ta脚控制&TR1≥1GATEINTx脚图3：定时器工作原理图定时和计数实质都是对脉冲的计数，只是被计的脉冲的来源不同，定时方式的计数初值和被计脉冲的周期有关，而计数方式的计数初值只和被计脉冲的个数有

5、关（计由高到低的边沿数）。（以8031为例）8031单片机内含有两个16位可编程定时/计数器。均可编程对内部机器周期计数（定时方式），或对外部引脚输入的脉冲进行计数（计数方式）。CPU工作于12MHz主频时，外部最高计数频率500KHz，内部时钟计数频率达1MHz。定时器的基准定时脉冲周期为1μs，当采用测频方式时，T/C0编程为计数方式，对被测信号频率计数，产生欲置的检测时间。由于定时器最长的定时时间为65535s，欲产生更长的检测时间需使用软件计数器，中断多次即可获得所需检测时间。被测频率较低时，则选用测周方式；T/C1编程为定时方式，用来对m个输入脉冲周期所经历的时间计时。微

6、处理器的主要优点之一是可以利用微处理器的数据处理能力，减小测量过程中产生的随机误差和系统误差，从而提高测量精度，所以往往把单片机运用在电子测量过程中，来提高测量精度。测量时间频率计数计数器Nx预置门预置输入输出计数器No控制门同步门Fx时标Fo图4：等精度测量原理框图实现等精度测量原理，关键是使Nx不产生误差，而No不超过±1误差。利用PC机总线技术，设计了相应的控制门电路，实现对被测频率信号的计数及相应的精确闸门时间，并使闸门的开启与关闭和被测信号的有效跳变同步。预置门的打开和关闭由被测信号和预置的测量时间控制，计数器Nx在预置门的控制下对被测信号频率计数，控制门根据预置门产生一

7、个与被测信号同步的同步门；计数器No在同步门的控制下对时标计数，得到精确的闸门时间Tg。设时标周期为To，则被测频率Fx=Nx/NoTo。单片机采用定时1秒的测频法先对信号进行预测，软件根据频率高低自动选择检测时间或周期扩展倍数，以保证各档都有较高测量精度。当输入信号频率超过100kHz时，信号经扩展计数器分频后送入8031按测频法测量，频率检测时间设有三档，分别为0.01s、0.1s、1s。在转入周期测量后，信号直接送入单片机，周期扩展倍数有104、103、102、