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1、2003年7月西 安 邮 电 学 院 学 报July.2003第8卷 第3期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELECOMMUNICATIONSVol.8No.3基于单片机的频率计设计赫建国,刘立新,党剑华(西安邮电学院电子与信息工程系,陕西西安710061)摘要:以单片机89C51为核心设计了一种频率计。在设计中应用单片机的数学运算和控制功能,实现了测量量程的自动切换,既满足测量精度的要求,又满足系统反应时间的要求。关键词:频率测量;单片机;数据处理中图分类号:TP368.1 文献标识码:A 文章编号:1007-3264(2003)03
2、-0031-04软件框图如图2所示。1 系统概述1.2 处理方法本频率计的设计以AT89C51单片机为核心,利1.1 系统组成用它内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的频率计由单片机89C51、信号予处理电路、串行测量。单片机AT89C51内部具有2个16位定时/通信电路、测量数据显示电路和系统软件所组成,其计数器,定时/计数器的工作可以由编程来实现定中信号予处理电路包含待测信号放大、波形变换、波时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成形整形和分频电路。系统硬件框图如图1所示。信为定时器时,每个机器周期加1(使用12MHz时钟号予处理电路中的放大器实现对待测信号的放大,时,每1u
3、s加1),这样以机器周期为基准可以用来降低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部电路实现把正弦波样的正负交替的信号波形变换成引脚发生从1到0的跳变时计数器加1,这样在计可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号;分频电数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外路用于扩展单片机的频率测量范围并实现单片机频部输入每个机器周期被采样一次,这样检测一次从率测量和周期测量使用统一的输入信号。1到0的跳变至少需要2个机器周期(24个振荡周期),所以最大计数速率为时钟频率的1/24(使用12MHz时钟时,最大计数速率为500KHz)。定时/计数器的工作由相
4、应的运行控制位TR控制,当TR置1,定时/计数器开始计数;当TR清0,停止计数。设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间图1 系统硬件框图的要求。例如当要求频率测量结果为3位有效数系统软件包括测量初始化模块、显示模块、信号字,这时如果待测信号的频率为1Hz,则计数闸门宽频率测量模块、量程自动转换模块、信号周期测量模度必须大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点反应时间的要求,把测量工作分为两种方法。当待数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块。系统测信号的频率大于100Hz时,定时/计数器构成为收稿日期:2002-11-07作者简介:赫建国
5、(1961-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系高级实验师。刘立新(1968-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系工程师。党剑华(1965-),男,陕西西安人,西安邮电学院电子与信息工程系高级工程师。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·32·西 安 邮 电 学 院 学 报 2003年7月图2 系统软件框图计数器,以机器周期为基准,由软件产生计数闸门,端计数闸门不需要太宽,例如在10.0KHz-这时要满足频率测量结果为3位有效数字,则计数9919KHz
6、频率范围,计数闸门宽度为10mS即可。闸门宽度大于1s即可。当待测信号的频率小于频率计每个工作循环开始时使用计数方法实现频率100Hz时,定时/计数器构成为定时器,由频率计的测量,并使计数闸门宽度为最窄,完成测量后判断测予处理电路把待测信号变成方波,方波宽度等于待量结果是否具有3位有效数字,如果成立,将结果送测信号的周期。用方波作计数闸门,当待测信号的去显示,本工作循环结束;否则将计数闸门宽度扩大频率等于100Hz,使用12MHz时钟时的最小计数值10倍,继续进行测量判断,直到计数闸门宽度达到为10000,完全满足测量精度的要求。1s,这时对应的频率测量范围为100Hz-999Hz。如1
7、.3 频率计的量程自动切换果测量结果仍不具有3位有效数字,频率计则使用在使用计数方法实现频率测量时,这时外部的定时方法实现频率测量。定时方法测量的是待测信待测信号为定时/计数器的计数源,利用软件延时程号的周期,这种方法只设一种量程,测量结果通过浮序实现计数闸门。频率计的工作过程为:首先定时/点数运算模块将信号周期转换成对应的频率值,再计数器的计数寄存器清0,运行控制位TR置1,启将结果送去显示。这样无论采用何种方式,只要完动定时/计
