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1、《电测》19.1与仪表97总第34卷第383期用单片机实现的高精度音频频率计中国计童科学研究院张钟华贺青摘要用传统方法准确测童音频信号的频率有f=I:/T(l)。,一定的难度本文介绍一种用单片机实现的高此种方法的优点是简单易行而存在的问,,,精度音频频率计测童准n硬件结构十分简单题在于脉冲计数值是个正整数其最小变化一。确度可达到106童级l。量为士因此测得的频率值(l)式的相对关键词音频信号频率浏量单片机细分不确定度不会小于法厂沂=l/n(2)八,“此种误差与一般的数字化测量相似称为量一、”,限制了测。引言化误差量准确度的进一步提高,从数十赫兹到数十千赫兹的
2、音频信号的频对于高频信号此种量化误差的影响不太,。,率测量问题在实践中经常会遇到例如测量阻大例如假定闸门时间T为l秒IMHz信号对。n6,抗的交流电桥多数在音频范围内操作其中有应的计数值为10因此(2)式对应的量化,一“。,一些电桥的平衡条件与频率有关就需要准确误差仅为1X10对于更高的频率此项误。,。,测量音频频率在A瓜变换技术中常用到的kHz差更小但是对于频率为量级的音频信号,一”,。v沪变换方法所得到的信号频率也常处于音此项误差就会达到10量级甚至更大增加。,,。T固然可使n从而减少量化误差频范围在一些非电量的电测法中待测量变闸门时间变大,换成频率信号
3、时具有易于传输及进行数字化的但T大于10秒时就会使测量时间过长对被测优点,因此近年发展了一些直接把非电量变成信号的变化的响应也变得很慢。。,,频率信号的传感器在上述这些测量工作中为了解决此种问题也可以对较低频率的,。精密测量音频信号的频率成为必须解决的问信号不是直接测量其频率而改测其周期即用。,题被测信号分频来得到图1中的闸门时间间隔、二z常用的频率测量方法而对标准晶体振荡器的输出信号(10MH或。。常用的频率测量方法如图l所示SMHz)计数这样的计数值正比于被测信号的,对一高精度晶体振荡器1的输出信号进行分周期而计数值可以较大从而减少了量化误。。频得到一个
4、标准闸门时间间隔T在此闸门时差此种方法的缺点是测得的数值正比于被测,,间间隔内对待测信号脉冲进行计数如计得的信号的周期而与其频率成反比这对于犷{F变,n脉冲数为则频率值为换器或其他输出量与频率成正比的传感器是不,闸门时间T希望的因为这样会使测量值与原始被测量之卜,,。个被测信号周期间呈现非线性关系另一方面被测信号的频谱,,一般不太纯并受到噪声和其他干扰的影响{{{{因此由被测信号分频而得到的闸门时间T的稳1定性不是很好,导致测量准确度降低。和行缅书三、用单片机实现细分法测量频率图I时闸门时间T中的被测信号周期近年来发展起来的另一种提高音频信号频率测量准确度的
5、方法是‘’细分法”此种方法仍进行计数的频率测量法。基于图1中所示的对被测信号进行计数的频率的波特率与Pc机通讯如采用普通的12MH:。,,。测量法不难看出闸门时间T的起始端和终晶体振荡器则只能以较低的波特率通讯需,了端各有一小段不足一个脉冲周期的时间间隔指出的一点是为了使频率测量准确度达到,,,一6,。八只考虑脉冲计数值n10量级需安装稳定性较好的晶体振荡器山和△就未计入这,两小段时间间隔,这也就是造成量化误差的原为了得到图l中的闸门时间T图2中单。12。因如果能测量出(山+山)对脉冲周期的片机8031内的o编程成定时器其计时脉n,ncT,比值并把它加入计数
6、值中就可得到在变化冲就是单片机的机器周期脉冲频率为晶体振,.z=,荡器频率的1/12即x11o592MH士1之间的小数数值从而在原则上消除了量青。.。,109216MH:eTeo14化误差这样的测量一般用高频脉冲对△和如让溢出次的时间作为,,.,。,“TT=05l加进行细分所以称为细分法飞以前发表闸门时间则9秒即接近秒由过的细分法方案大都要使用较复杂的硬件装置,于闸门时间可用软件设定,改变起来很方便。1Z,1,t的细分本文则将介绍一种用单片机实现的简单方法实对于图中△或△亦用此,一,.。现细分操作准确度可达到10僵级对不少09216MHz的机器周期脉冲藉CT
7、Co完成由。,,应用场合有其实用价值于细分脉冲接近IMHz对于l秒的闸门时间一6,1相差一个细分脉冲只引起lxlo的误差也TALELFCE一6,RxD^nAl;.71X10)AA一A就是说通过细分把量化误差降低到了一午厂TXOA,2732。生这对于许多实际应用来说已是足够了不难看,,RSTEA几一D一·出本文中的测量方法在对待测信号计数时相xTALA,一A一1一OE8031匕一共A洲一A曰土一,,而在细分△t当于普通的频率测量方法或△Z。t一一时则相当于前面谈到过的测量周期的方法、一一甲—XTAL?因此本文的方法兼有测量频率和测量周期这两凡〔丙,而。—种方法
8、的优点且两者互为补充而两种方。图2测频系统硬件框图法
