基于单片机的等精度数字测频原理.doc

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，频率与其它许多电参量的测量方案，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。 1. 电子计数测频原理框图 ??? 首先，被测信号通过放大整形，形成幅度一致，形状一致是计数脉冲。然后，N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T／T=-(fo／fo)；另一方面决定于计数器计得的数准不准，即±1误差，N／N=±1／N=±(1／○XTfx)。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，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到不可允许的程度。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。 2. 电子计数器测周期原理 ??? 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；然后晶搌产生的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。 3. 单片机定时器工作原理 ??? 8XX51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、8BH。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选择寄存器TMOD和一个八位的控制寄存器TCON，占地址89H和88H，用于选择定时器／计数器的工作方式，如计数还是定时(C／-T)，启动的方式(GATE)及发启动控制信号TRx。 ??? 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关(计由高到低的边沿数)。 ??? 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。 4. 等精度测量原理框图 ??? 微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，减少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。 ??? 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ls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、10、1五档。 ??? 由于单片机的最高计数频率为500kHz，限制了测频范围，必须对高频进行分频。扩展n分频器后，将会产生分频误差。这个n分频最大将导致(n-1)个待测频率周期的分频误差。该误差量级与±l误差相当，甚至更大。为了提高测频分辨率，我们采用了硬件同步分频技术，即在闸门开启的有效上升沿时刻，对74LS591分频器清零。在闸门关闭时刻，将分频状态打入总线缓冲器74LS244，8031通过缓冲器读出其值，从而消除了分频误差。 ???