关于一种以单片机设计的频率测量系统软件的设计方法

伴随着无线通信技术的发展趋势与普及化，“频率”早已变成人民群众所了解的标量。而单片机设计的出現，也是对包含测频以内的各种各样测量技术性产生了很多重特大的飞越，殊不知，小容积、质优价廉、作用强等优点也在电子器件行业占据十分关键的影响力。因此．文中得出了一种以单片机设计的频率测量系统软件的设计方法。

1、测频系统软件的硬件配置构造

测量频率的方式一般分成微波感应器测频法、数字功放测频法及电子器件计数法三种。微波感应器测频法（又可分成串联谐振法和电桥法），常见于频率粗测，在 1％上下。数字功放比较分析法可分成拍频法和差频法，前面一种是运用2个数据信号线形累加以造成拍频状况，再根据检验零拍状况开展测频，常见于低頻测量，出现偏差的原因在零点几 Hz；后面一种则运用2个离散系统数据信号累加来造成差频状况，随后根据检验零差状况开展测频，常见于高频率测量，出现偏差的原因在±20 Hz 上下。之上方式在测量范畴和上都是有一定的不够，而电子器件计数法关键根据单片机设计开展操纵。因为单片机设计的极强操纵与运算作用，电子器件计数法的测量频率范畴宽，高，便于完成。本设计方案便是选用单片机设计电子器件计数法来测量频率，其系统软件硬件配置基本原理框架图如图所示 1 所显示。

为了更好地提升测量的，扩展单片机设计的测频范畴，本设计方案采用了对数据信号开展分音器的方式。设计方案中选用两块同歩十进制加减法计数器 74LS160 来构成一个 100 分频器。该 100 分频器由2个同歩十进制加减法计数器 74LS160 和一个与非门 74LS00 相互设计方案而成。因为一个 74LS160 能够分音器十的方，而当片 74LS160 工作中时，如果有进位，輸出端 TC 便有进位数据信号送进第二片的 CEP 端，另外 CET 也为上拉电阻，那样2个运行状态操纵端 CET、CEP 将另外为上拉电阻，这时第二片 74LS160 将开始工作。

2、频率测量控制模块的电路原理

用单片机设计电子器件计数法测量频率有测频率法和测周期时间法二种方式。测量频率关键是在企业定时执行時间里对被测数据信号单脉冲开展记数；测量周期时间则是在被测数据信号一个周期里对某一标准脉冲发生器开展记数。

2．1 8051 测频法的误差分析

电子器件计数器测频法主要是将被测频率数据信号加到计数器的记数键入端，随后让计数器在国际标准时间 Ts1 内开展记数，个人所得的计标值 N1。与被测数据信号的频率 fx1 的关联以下：

而电子器件计数器测周规律是将规范频率数据信号 fs2 送至计数器的记数键入端，而让被测频率数据信号 fx2 操纵计数器的记数時间，个人所得的计标值 N2 与 fx2 的关联以下：

实际上，不管用哪样方式开展频率测量，其关键出现偏差的原因源全是因为计数器只有开展整数金额记数而造成的±1 出现偏差的原因：

由此可见，在一样的 Ts 下，测频法 fx1 的低頻端，出现偏差的原因远高于高频率端，而测周法在 fx2 的高频率端，其出现偏差的原因远高于低頻端。基础理论研究表明，如开展 n 次反复测量随后取均值，则±1 出现偏差的原因会减少 n 倍。如给出±1 出现偏差的原因ε0，则规定ε≤ε0ο对测频法要 fx1≥对测周规律规定 fx2≤ε0fs2ο因而，对一给出频率数据信号 fs 开展测量时，用测频法 fs1 越低越好，用测周规律 fs2 越高越好。

2．2 8051 单片机设计的测频范畴和测频時间

8051 单片机设计的计时器／计数器插口，在特殊晶振电路频率 fc=12 MHz 时，可输人数据信号的频率限制是 fx≤fc／24=500 kHz。如用测频法，则频率的限制在于 8051，故测频法的测量范畴是：

即：fx1≤500 kHz。

用测频法测频时，计时器／计数器的记数间隔时间可由 8051 的此外一个计时器／计数器进行，外接 100 分频器的状况下，fx1 的频率范畴可拓展到 50MHz。用测周法设计方案时，其频率的低限取决于 8051 计数器的極限。充分考虑 8051 內部为 16 位，再加上 TF 标志位，记数范畴为 217，因而其记数時间为秒。而假如选用半周期时间测量，则测频范畴是：

在测周法中，规范频率数据信号 fs2 由 8051 的內部定时执行构造造成，f s2 恒为 fc／12，因而，在给出ε0 为 0．0 1 时，fx2 不仅有一定的限制频率，也是有一定的低限频率。即：

并不难看出得到：4Hz≤fx1≤10 kHz 理论上能够做到无穷，即 fs1 能够做到无限低，因而，fx1 可做到无穷小，因而，能够觉得测频法的测频范畴仅有限制频率，沒有低限频率。而再那样，2个频率范畴相累加就可以获得该频率计的测频范畴：4 Hz≤fx1≤50 MHz。能够做到 1Hz。从之上剖析能够看得出，测频法测量的频率覆盖面积较宽，且在高频率端测量较高，而在低頻段的测量较低，另外测量時间较长。测周法测量的频率覆盖面积窄小，在高频率段的测量较低，在低頻段的测量较高，测量时间较短。因而，测频法适合高频率数据信号的测量，测周法适合较低頻数据信号测量。

8051 能用手机软件来操纵计时器／计数器的工作方式，以完成测频法与测周法的动态性转换。对宽屏带、高速运行的频率测量，可选用手机软件转换测量方式来提升测量与测量速率。其测频电源电路如图所示 2 所显示。

3、软件开发

由图 2 所显示的测频电源电路得知，波型历经哈里斯触发器原理 74LS132 后，再经整形美容变大后就可以变为波形，随后运用 8051 的计时器／计数器 T0 给出定时执行時间为 10 ms，再运用 8051 的计时器／计数器 T1 作计数器，总计 10 ms 時间里所历经哈里斯触发器原理 74LS132 的波形数据信号。当 T0 定时执行满 10 ms 时，T0 向 CPU 传出终断数据信号以申请办理终断，并开展频率测量。假定所设置的中介公司频率为 l00／10 ms=l00×100=10000 Hz=10 kHz，冈为 fx=N／T，因此，能够将假设给出标值 100 与 Tl 开展较为，再将 Tl 计数器里所计的标值与给出的标值开展较为。因为再用测频法测量频率时，较小频率的出现偏差的原因很大（±l 出现偏差的原因）。因此，这儿用 l0 kHz 做为正中间频率，其±1 出现偏差的原因为 9．9 kHz 和 1 0．1 kHz，误差为 1％，由此可见该出现偏差的原因并不是非常大，还能够接纳。

实际上，当频率较为低于 1 5kHz 时，若程序流程挑选用测量周期时间法。则测周法流程表以及程序流程如如图所示 3 所显示。