一種基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計的實(shí)現(xiàn)

4 軟件設(shè)計
4．1 實(shí)現(xiàn)一秒定時
采用12 MHz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時已超過了定時器可提供的最大定時值。為了實(shí)現(xiàn)一秒的定時，采用定時和計數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。選用定時／計數(shù)器TO作定時器，工作于方式1產(chǎn)生50 ms的定時，再用軟件計數(shù)方式對它計數(shù)20次，就可得到一秒的定時。
4．2 計數(shù)部分
將定時器／計數(shù)器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時定時器／計數(shù)器1采用工作方式1，方式選擇位C／T設(shè)為1，即設(shè)T1為16位計數(shù)器。定時器／計數(shù)器O采用工作方式1，C／T設(shè)為0，即設(shè)TO為16位定時器。
計算計數(shù)初值：設(shè)計數(shù)初值為X，本設(shè)計采用12 MHz的晶振。機(jī)器周期=12×(1／晶振頻率)=12×(1／12×10。)一1×10一。，(2M―X)×1×10―0―50×10_。，X一15 536。
所以計數(shù)初值為15 536，用十六進(jìn)制表示為3CBOH。
當(dāng)定時器／計數(shù)器T1設(shè)定為計數(shù)方式時，其計數(shù)脈沖是來源T1端口的外部事件。當(dāng)T1端口上出現(xiàn)由“1”(高電平)到“0”(低電平)的負(fù)跳變脈沖時，計數(shù)器則加1計數(shù)。計算機(jī)是在每個機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)時采樣T1端口，當(dāng)前一個機(jī)器周期采樣為1且后一個機(jī)器周期采樣為0時，計數(shù)器加1計數(shù)。計算機(jī)需用兩個機(jī)器周期來識別1次計數(shù)，因而最大計數(shù)速率為振蕩頻率的1／24。在采用12 MHz晶振的情況下，單片機(jī)最大計數(shù)速度為0．5 MHz即500 kHz。
另外，此處對外部事件計數(shù)脈沖的占空比(即脈沖的持續(xù)寬度)無特殊要求，但必須保證所給出的高電平在其改變之前至少被采樣1次，即至少保持1個完整的機(jī)器周期。由此可見，從T1口輸入脈沖信號，T1可實(shí)現(xiàn)對脈沖個數(shù)的計數(shù)。
4．3 程序流程圖
計時采用定時T0中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序。主程序流程如圖3所示。

5 測量結(jié)果及誤差分析
5．1 測量結(jié)果
給電路加+5 V電壓，輸入信號，按動開關(guān)，即可得到頻率值。將所測頻率值與示波器測量結(jié)果比較，如表1所示。

5．2 誤差來源分析
(1)單片機(jī)計數(shù)速率的限制引起誤差。從表l測量數(shù)據(jù)可以看出被測信號頻率越高，測量誤差越大，且所測信號頻率不能超過480 kHz。這是因?yàn)椴捎玫氖?2 MHz的晶振，單片機(jī)最大計數(shù)速度為500 kHz，所以當(dāng)被測信號越接近500 kHz時，測量結(jié)果與實(shí)際頻率的誤差就越大。而當(dāng)被測信號大于500 kHz時，頻率計將測不出信號頻率。
(2)原理上存在±1誤差。由于該設(shè)計是在計數(shù)門限時間一秒內(nèi)的頻率信號脈沖數(shù)，所以定時開始時的第一個脈沖和定時時間到時的最后一個脈沖信號是否被記錄，存在隨機(jī)性。這種誤差對測量頻率低的信號影響較大。其誤差原理示意圖如圖4所示。

(3)晶振的準(zhǔn)確度會影響一秒定時的準(zhǔn)確度，從而引起測量結(jié)果誤差。
5．3 減小誤差措施
(1)選用頻率較高和穩(wěn)定性好的晶振。如選24 kHz的晶振可使測量范圍擴(kuò)大，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。
(2)測量頻率低的信號時，可適當(dāng)調(diào)整程序，延長門限時間，減少原理上±1的相對誤差。
(3)測量頻率較高的信號時，可先對信號進(jìn)行分頻，再進(jìn)行測量。

6 結(jié) 語
基于單片機(jī)設(shè)計的數(shù)字頻率計具有原理簡單、易于調(diào)試和測量方便等優(yōu)點(diǎn)，主要用來測量低頻信號的頻率。由于其測量范圍會受單片機(jī)計數(shù)速率的限制，其測量量程較小，所以可以從原理上進(jìn)行改進(jìn)以提高其測頻范圍，比如通過增加分頻電路，就可實(shí)現(xiàn)對高頻信號的測量。