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1、SUMNo.61成 都 信 息 工 程 学 院 学 报Vol.17No.2No.22002JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFINFORMATIONTECHNOLOGYJun.2002文章编号:167121742(2002)0220077205高精度测频方案设计王保强,窦 文,白 红(成都信息工程学院,四川成都610041) 摘要:介绍了一种基于数字频率计原理,以AT89C51单片机为控制器件的新型频率测量方法。论述了基本原理和软硬件实现,并对其误差进行了分析。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
2、,实现了高低频率的等精度测量。由于此方法具有高精度、低成本、易改进的特点,因此具有一定的实用性。关 键 词:频率测量;高精度检测;多周期同步;单片机+中图分类号:TM935.133 文献标识码:A1 引言 频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。频率信号抗干扰性强、易于传输,可以获得较高的测量精度。同时,频率测量方法的优化也越来越受到重视。本方案是结合超声波治疗机研制的实际需要而提出的。在分析多种频率测量方法的基础上,以提高测量精度为主要目的,提出了基于多周期同步测频原理,并采用AT89C51单片机和相关硬软件实现之。设计中充分利用
3、了单片机内部资源而减少外围芯片,利用AT89C51的外部中断源和内部定时/计数器配合并采取一些软件措施,获得了较高的测量精度。2 方案设计2.1 频率测量方法概述频率测量方法大致可分为如下几类:电桥法直读法谐振法拍频法模拟法差频法 频率测量方法比较法李沙育图形法示波法测周期法电容充放电式数字法电子计数式直读法又称无源网络频率特性测量法;比较法是将被测频率信号与已知频率信号相比较,通过观、听比较结果,获得被测信号的频率;电容充放电式计数法是利用电子电路控制电容器充放电的次数,再用电磁式仪表测量充放电电流的大小,从而测出被测信号的频率值;电子计数法
4、是根据频率定义进行测量的一种方法,它是用电子计数器显示单位时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。利用电子计数式测量频率具有精度高、测量范围宽、显示醒目直观、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化收稿日期:2001212218;修订日期:200220121478成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 第17卷等一系列优点,所以下面将重点介绍电子计数式测量频率的几种方法。(1)脉冲数定时测频法(M法):此法是记录在确定时间TC内待测信号的脉冲个数MX,则待测频率为:FX=MX/TC显然,时间TC为准确值,测量的精度主要取
5、决于计数MX的误差。其特点在于:测量方法简单;测量精度与待测信号频率和门控时间有关,当待测信号频率较低时,误差较大。⑵脉冲周期测频法(T法):此法是在待测信号的一个周期TX内,记录标准频率信号变化次数M0。这种方法测出的频率是:FX=M0/TX此法的特点是低频检测时精度高,但当高频检测时误差较大。⑶脉冲数倍频测频法(AM法):此法是为克服M法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A倍频,把待测信号频率放大A倍,以提高测量精度。其待测频率为:FX=MX/AT0其特点是待测信号脉冲间隔减小,间隔误差降低;精度比M法高A倍,但控制电路较复杂。⑷脉
6、冲数分频测频法(AT法):此法是为了提高T法高频测量时的精度形成的。由于T法测量时要求待测信号的周期不能太短,所以可通过A分频使待测信号的周期扩大A倍,所测频率为:FX=AM0/TX其特点是高频测量精度比T法高A倍;但控制电路也较复杂。⑸脉冲平均周期测频法(M/T法):此法是在闸门时间TC内,同时用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数MX和标准信号的脉冲数M0。若标准信号的频率为F0,则待测信号频率为:FX=F0MX/M0M/T法在测高频时精度较高;但在测低频时精度较低。⑹多周期同步测频法:是由闸门时间TC与同步门控时间Td共同控制计数器计数的一
7、种测量方法,待测信号频率与M/T法相同。此法的优点是,闸门时间与被测信号同步,消除了对被测信号计数产生的±1个字误差,测量精度大大提高,且测量精度与待测信号的频率无关,达到了在整个测量频段等精度测量。2.2 方案选择2.2.1 方案1———采用专用频率计模块实现频率测量采用频率计模块(如ICM7216)构成,原理框图如图1所示。特点是结构简单,量程可以自动切换。ICM7216内部带有放大整形电路,可以直接输入模拟信号。外部振荡部分选用一块高精度晶振体和两个低温系数电容构成10MHz并联振荡电路。用转换开关选择10ms,0.1s,1s,10s四种
8、闸门时间,同时量程自动切换。缓冲电路是为了让频率计采用记忆方式,即计数过程中不显示数据,待计数过程结束后,显示测频结束,并将此显示结果保持到下一次计数
