徐进答辩频率测量剖析.ppt

答辩人：徐进 专业班级：自动化11102 指导教师：杨旭辉 频率测量仪的设计与实现 答辩主要内容 ? 1.研究目的及意义 2.课题研究内容 3.硬件单元设计思路 4.软件设计思路 5.总结 1.研究目的及意义 频率是电子和通信领域重要的参数之一，频率的标准及其测量具有最高的精度。时间是三大基本物理量之一，而频率与时间有着互为倒数的紧密关系，因此研究频率测量显得尤为重要。 传统的测频法或测周法具有较大的局限性，即测频法在低频段会出现测频精度下降，而测周法则在高频段也会出现测频精度下降的问题。本次设计能够解决在一定宽度的频率范围内测量精度不一致的问题，实现高精度测频。 2.课题研究内容 本次设计主要是基于单片机控制的频率测量系统，采用外部分频的方式，实现10HZ—10KHZ频率范围的等精度测频。被测的正弦信号经过电平转换器，变换成单片机所能计数控制的方波信号。同时，单片机通过C语言程序判断频率信号的大小，以此来控制方波信号的分频次数，通过对高频信号的分频，分频后的频率信号通过单片机计数控制处理，整个过程通过KEIL 编程软件和PROTEUS仿真平台实现。 3.硬件单元设计思路 硬件电路主要由电平转换电路、分频电路、数据选择电路、单片机控制电路、显示电路五大模块组成，如下图所示： 电平转换以及分频处理仿真结果图：（被测信号频率值f=3.2KHZ时） LCD1602测频显示结果图：（被测频率f=3.2KHZ时） 硬件单元系统仿真设计图：（被测频率f=3.2KHZ时） 4.软件设计思路 本次设计的测频方法是基于直接测频法，即在一定基准信号时间内测量被测脉冲个数，基准信号由单片机内部T0产生。计数工作示意图如下： 由直接计数工作原理，被测信号与基准信号脉冲个数存在一定关系，当被测信号频率为1KHZ时，测频误差刚好达到0.1%的精度要求，此时基准信号脉冲个数刚好到达500，因此在一定时间内通过判定基准信号脉冲个数是否低于500，来确定是否需要分频。被测信号频率值f= ，n为脉冲个数，i为分频次数。 因此，当被测信号频率大于1KHZ时，基准信号脉冲个数小于500，通过程序算法，执行外部十分频直至被测频率降至1KHZ以下，达到0.1%的测频精度要求。 在软件程序部分，主要通过控制单片机的P2口电平来控制分频次数选择通道。主程序流程图如下示： 启动 数据选择通道初始化 T0定时/计数初始化 读出计数个数n n=500 变换数据选择通道，计算分频次数i Y 显示结果 N 通过PRROTEUS仿真，以下时实际测试的五组测频数据结果： 待测频率值 20HZ 100HZ 2.5KHZ 6.5KHZ 9KHZ 实际结果值 20.19HZ 100.13HZ 2.50KHZ 6.50KHZ 8.91KHZ 通过数据结果，可以看到，本次设计的测频效果在个别情况下不是很理想。但是，基本能够达到在一定宽度的频率范围内高精度测频的要求。 5.总结 本次设计从仪器精简、实现过程容易、应用型好的角度出发考虑，采用了基于AT89C51单片机作为核心控制器件，依托计数法测频和外部分频的处理方法，通过PROTEUS仿真实现了在一定测频范围内测频精度保持基本一致的要求 基于计数法测频的设计无法完全避免较低频率时测频精度降低的问题，电平转换和分频过程中没有引入波形处理环节，会导致测试结果误差变大。 而且，由于本次设计电路融合了模拟电路、数字电路，使得电路运行迟缓且易产生误差 FPGA的发展，大大解决了单片机在处理速度上缓慢、灵活性差的问题。因此整合单片机优良的控制能力，融入FPGA数字器件的灵敏控制速度，采用被测信号和标准信号两路同步时序控制的方法能够极大程度提高测频的精度，也能从根本上消除闸门信号±1的计数误差,这也是等精度频率测量的发展方向。 THE END 谢谢！ 请各位老师批评指正！