信号测量单片机控制电路的实现 - 多周期测量频率的方法及应用

　　图3为多周期测周的原理图，其核心是P89LPC935。

　　P89LPC935是PHILIPS公司LPC900系列单片封装的微控制器，采用了高性能的处理器结构(与51系列兼容)，速度6倍于标准80C51器件，除51系列单片机资源外还具有8 kB FLASH程序存储器，512片内用户数据E2PROM存储区，2个4路输入的8位A/D转换器和2个DAC，I2C，SPI总线、片内看门狗和复位电路、捕获/比较单元(CCU)等资源。

　　原始信号(传感器输出的与气压有关的矩形波信号)接到分频电路CD4020的时钟输入端，经256分频后接到P89LPC935的/INT1端，作为门控信号控制P89LPC935内部的定时计数器1。定时计数器1工作在定时方式，在门控信号为高电平时计数。时钟为PCLK，为外接晶振11.059 2 MHz的2分频(6倍于标准80C51器件)，即5.529 6 MHz。

　　如图4所示，原始信号周期C在200 μs左右，256分频后的门控信号周期在51 200μs左右(256C)，一个周期中高电平部分约为25 600 μs(高电平部分128 C)，在高电平时对5.529 6 MHz计数，其计数值约为141 500，超过16位计数器的长度，将产生溢出并产生中断。开辟1个内部RAM，在中断服务子程序中进行加l操作，即可满足计数字长要求。计数过程如下：

　　S1：首先判断/INT1是否为高电平，该过程时间最长256C;

　　S2：判断/INT1是否为低电平，若是，计数器清零，允许计数，允许计数器溢出中断，该过程时间128C;

　　S3：/INT1为高电平时计数器计数，计数器溢出时产生中断，中断服务子程序中高位加1，该过程时间128C;

　　S4：后续处理，包括频率计算、温度采集及其他运算。该过程时间小于128C。

　　整个计数及处理过程时间小于640 C，在128 ms以内，远小于10 s。原始信号的周期C及测量误差如下计算。原始信号的周期为C，计数值为N，计算公式为：

　　其中，M=128;τ=(1/5.529 6)μs;128C=(N/5.5296)μs，C=N×0.001 4μs。

　　其测量误差为：

　　误差中前项是量化误差，为0.001 4μs;后部分是因为标准信号误差(即晶振的误差)引起的。在整个测量范围内，C最大值为211.787 9μs，选取准确度优于5 ppm的晶振，该项误差最大值为：211.787 9μs×5 ppm=0.001 1μs;两者的和小于0.002 636 2μs，满足要求。

　　上述的分析计算是两者绝对值相加，有一定的冗余。如果进一步提高M值，将进一步减小量化误差。

　　用该方法测量周期的前提条件是选取准确度优于5 ppm的晶振，测量周期的误差最小可控制在0.001 1μs。

　　将温度信号直接连接到P89LPC935的模拟输入端AD10(P0.1)引脚，进行A/D转换。A/D转换时间为μs量级，远远小于要求的采样周期10 s，在温度采集时，有足够的时间对A/D转换数据进行数据处理，其具体方法为：每次采集进行18次A/D转换，去掉一个最大值和最小值，取其余16个数据算术平均值作为最终结果。

　　温度信号采集的准确度为20 mV，优于43 mV的要求。

　　6 结 语

　　该测量方法成功地应用于与河南省气象局合作开发的自动气象站中。用多周期测周的方法快速准确测量信号的频率(周期)基于2个条件：信号是连续的;P89LPC935的晶振必须使用外接的高精度、高稳定晶体振荡器(准确度优于5 ppm)。