等精度频率计

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1、等精度频率计摘要：本文设计的频率计将8051微处理器的智能特性与数字逻辑器件相结合，采用硬件逻辑与软件指令巧妙配合的智能闸门控制方式，实现了0.1～10MHz范围内的等精度无档切换测量功能，精度可达0.0001。关键词：等精度；高精度；频率计；智能仪表。目录一、概述3八、实验原理31．测量频率的工作原理32．提高精度的工作原理33．计数器的工作原理44．放大与整形原理55．LCD的工作原理5三、硬件电路6四、软件程序6五、实验数据与数据分析121．基数据测量结果122．数据分析12六、误差分析12七、总结分析与结论13八

2、、参考文献13一．概述频率计是用来测量信号频率或周期的仪器，在工程领域有广泛的应用。设计频率计一般有两种方案。一种是专用芯片，如利用MAXIM公司的ICM7240实现。其特点是简单易行，其最高计数频率是15MHz，而且测量精度也受到芯片本身的限制；另一种方案是以单片机为主再附加一些逻辑电路。一般最常用的方法是用一个T／C通道作为定时器，另一个T／C通道作为计数器，定时时间到产生中断，在中断服务程序中处理计数结果，求出频率。本文设计的频率计是按第二个方案设计的：将8051微处理器的智能特性与数字逻辑器件相结合，采用硬件逻辑

3、与软件指令巧妙配合的智能闸门控制方式，实现了0.1～10MHz范围内的等精度无档切换测量功能，精度可达0.0001。二．实验原理1．测量频率的工作原理将两个T／C通道都设置为计数器方式，其中由记数器1对标准2M脉冲（从单片机8051的ALE脚引出）经两片74LS161芯片进行32分频后由CPU的T／C1通道进行记数；待测信号经74LS161芯片进行256分频后，经二选一通道选择器后由CPU的T／C0通道进行计数。闸门开通期间两计数器进行计数，而关闭期间停止计数。如果设各通道计数满产生的中断次数分别为v和w，外部分频计数器

4、结果为nbz和ncs，设通道1计数结果为mbz，通道0计数结果为mcs，则标准信号的计数脉冲累计结果为：mbz=v*65536*32+TH0*256*32+TL0*32+nbz待测信号经过分频和未经分频的的计数脉冲累计结果为：mcs=w*65536*256+TH0*65536+TL0*256+ndc（经过分频）mcs=w*65536+TH0*256+TL0（未经分频）而实际上，当高频信号产生中断的时候就立刻终止计数，因此待测信号不会产生中断，故待测信号经过分频和未经分频的的计数脉冲累计结果也可以写成：mcs=TH0*65

5、536+TL0*256+ndc（经过分频）mcs=TH0*256+TL0（未经分频）因标准信号频率为2MHz，故可计算出待测信号的频率为：F=(mcs／mbz)*2000000Hz2．提高精度的工作原理提高频率测量精度的关键因素是保证闸门的开启与关闭必须与被测信号保持严格的同步，即在被测信号某一周期的上升沿(或下降沿)开启闸门，而在另一周期的上升沿(或下降沿)关闭闸门，这样才能确保采样一个或几个完整的信号周期，这一点对于低频段尤为重要。采样一个完整周期的示意图如图一所示。图一采样一个完整周期示意图本系统通过D触发器、单片

6、机软件指令巧妙配合共同完成这一任务。标准信号源直接取自微处理器的频率为12M的晶振经6分频后在ALE脚输出的脉冲，频率为2MHz。而12MHz晶振频率的51系列单片机所能记数的最高频率只能达到500KHz，因而考虑到要测量高达10MHz的高频信号必须经过分频器进行分频处理。如图二所示，标准信号的待测信号是完全同步的。图二D触发器控制信号同步3．计数器的工作原理当待测信号为高频时，数据选择器选择经256分频的信号，进入T／C0通道；当待测信号为低频时，数据选择器选择未经分频的信号，进入T／C0通道。与此同时标准信号经32分

7、频进入T／C1通道。如图三、图四所示：图三标准信号32分频图四待测信号256分频，二选一数据选择4．放大与整形原理由于待测信号的幅度和频率的大小、以及信号波的类型未知，故待测信号必须先经过放大和整形，使之成为幅值在3——5V之间的脉冲波，以便正确测量频率。图五放大与整形5．LCD的工作原理单片机中的WR、RD和P2.7控制LCD使能E，P2.6和P2.5分别控制读/写R/W和寄存器选择RS。如图六所示图六LCD原理与接口三．硬件电路四．软件程序#include#include#incl

8、ude#include#definelcdxsXBYTE[0xdfff]#definelcdkzXBYTE[0x9fff]bdataintlcdsm;#definelcdsmXBYTE[0xbfff]sbitK1=P3^1;sbitx0=P3^0;sbitx2=P3^2;sbitK