【正文】 1s門控信號，實際制作中連接 AT89C52的 11腳 （ ） 。內置計數(shù)器可通過軟件設置對振蕩頻率的 l2分頻進行 計數(shù) /定時，這里將 T0置為方式 1計數(shù)狀態(tài)， 1/ ?TC ， GATE=0，即 D3D2D1D0=0101（ 如 圖 4表 4表 42所示 ） ，待測脈沖信號通過 T0引腳輸入 單片機 進行計數(shù)。關閉閘門 后， CPU將計數(shù)結果送至 20H～ 22H單元，其中 20H單元存放低位字節(jié) （ 從 Pl口讀入的數(shù)據(jù)，即 74LS393的值 ） ， 21H和 22H單元分別存放 TL0和 TH0 Q3 MR MR T0 74HC00 74LS08 74LS393 AT89C52 CP 14 11 10 IN 顯示 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 21 的值，然后調用二進制轉十進制子程序 ， 把二進制的計數(shù)結果轉為十進制，送至 30H至 33H（ 壓縮的 BCD碼 ） 單元，顯示子程序則將 BCD碼經(jīng)查表指令譯為 7段 LED字形碼，然后進行 顯示。 這時記錄的脈沖個數(shù)即為 待測脈沖信號的周期。因此還需要通過浮點數(shù)格式化子程序將周期值轉換成頻率值 ， 然后通過 浮點數(shù)到BCD碼 的轉換 ， 最后通過 LED顯示器動態(tài)掃描顯示出來。 如圖 411所示。 首先對定時器 /計數(shù)器 T0、 T1 進行 初始化 ， T0 設置為計數(shù)器方式 1， T1 設置為定時器方式 1； 然后打開閘門 ， 軟件設置 EA=1， 運行控制位 TR=1， 啟動定時 /計數(shù)器 開始工作 ； 再 運行軟件延時程序 ， 同時定時 /計數(shù)器對外部的待測信號進行計數(shù) ， 延時結束時 TR 清 0， 停止計數(shù) ； 最后從計數(shù)寄存器讀出測量數(shù)據(jù) ， 在完成數(shù)據(jù)處理后 ， 由顯示電路顯示測量結果。 首先定時 /計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0， 然后檢測方波高電平是否加至定時 /計數(shù)器的輸入腳 ； 當判定高電平加至定時 /計數(shù)器的輸入腳 ， 運行控制位 TR 置 1， 啟動定時 /計數(shù)器對單片機的機器周期的計數(shù) ， 同時檢測方波高電平是否結束 ； 當判定高電平結束時 TR 清0， 停止計數(shù) ， 然后從計數(shù)寄存器讀 出測量數(shù)據(jù) ， 在完成數(shù)據(jù)處理后 ， 由顯示電路顯示測量結果。首先找到 INT1的中斷入口地址 ， 并初始化 ，當閘門時間到時，響應中斷 ， 單片機的定時 /計數(shù)器對計數(shù)脈沖進行計數(shù)，然后調 BCD碼程序，送 LED數(shù)碼管顯示。其流程框圖如圖 415 所示。 浮點數(shù)用 3個字節(jié)組成 ， 第一字節(jié)最高位為數(shù)符 ，其余 7位為階碼 ； 第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié) ； 第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié) 。 無論從哪一種方式進入顯示模塊 ， 完成顯示后 ， 頻 率計都開始下一次 信號的頻率測量 。 在通過軟件實現(xiàn)動態(tài)顯示的 時候，需要用到字型碼查表圖，現(xiàn)將表 43 列出下： 置段碼、位選碼初值 位選碼送 P2 口 段選碼送 P0 口 段選碼轉字型碼 延時 1ms 指向下一個顯示單元 位選碼左移 1 位 顯示完？ Y N 開 始 返 回 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 27 表 43 七 段 LED 顯示器共陰極字型碼 Seven section of LED monitor mon cathode font code 顯示字符 g f e d c b a dp 字型碼 （共陰極） 0 0 1 1 1 1 1 1 0 3FH 1 0 0 0 0 1 1 0 0 06H 2 1 0 1 1 0 1 1 0 5BH 3 1 0 0 1 1 1 1 0 4FH 4 1 1 0 0 1 1 0 0 66H 5 1 1 0 1 1 0 1 0 6DH 6 1 1 1 1 1 0 1 0 7DH 7 0 0 0 0 1 1 1 0 07H 8 1 1 1 1 1 1 1 0 7FH 9 1 1 0 1 1 1 1 0 6FH A 1 1 1 0 1 1 1 0 77H B 1 1 1 1 1 0 0 0 7CH C 0 1 1 1 0 0 1 0 39H D 1 0 1 1 1 1 0 0 5EH E 1 1 1 1 0 0 1 0 79H F 1 1 1 0 0 0 1 0 71H . 0 0 0 0 0 0 0 1 80H 全亮 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 全滅 0 0 0 0 0 0 0 0 00H 5 硬件調試、測試數(shù)據(jù)分析及誤差來源討論 硬件調試 所用到的調試工具有 ： 萬用表、雙蹤示波器、外加電源裝置和頻率發(fā)生器等。 雙蹤示波器用來顯示輸入脈沖信號和經(jīng)過變換、整形后脈 沖信號的波形形狀、頻率、周期、占空比、電壓值等參量。 頻率發(fā)生器主要用來檢測設計的電路測量出來的頻率值與實際的標稱值之間的誤差大小。 （ 2） LED 顯示管顯示亂碼，而且不穩(wěn)定。排除所有的硬件問題后，分析是軟件編程的原因。 表 51 測試數(shù)據(jù) Test data 測量值（ KHZ） 實際值（ KHZ） 相差值（ KHZ） 相對誤差 % 平均相對誤差 % 通過 表格中的 數(shù)據(jù) ， 可以看出用單片機 AT89C52制作的數(shù)字頻率計 測量值 與實際值 是 相 吻合 的 ， 平均 相對 誤差約在 %左右 。 下面 將對影響頻率測量的 各種 誤差進行分析。 計數(shù)誤差 （ 1） 產(chǎn)生計數(shù)誤差的原因 計數(shù)誤差也稱為 末位 讀數(shù)不確定度或量 化 誤差 ， 是所有數(shù)字化測量儀器都存在的誤差。 圖 51 計數(shù)誤差示意圖 a—— 被計數(shù)的脈沖序列； b—— 閘門時間為τ的閘門信號； c—— 閘門時間為τ，但與 b的信號有初始相位的閘門信號。 1， 所以 N11 ??? （ 54） 又因為 ?xfN? ， 所以 ?? xf11 ?? （ 55） 測周期時計數(shù)誤差對測頻的影響 用 數(shù)字頻率計 測周期法測頻時 ， 計數(shù)誤差 引起的測頻 誤差可通過對 公式NKfTfx x 01 ?? （ 56） 的微分 得到 ? ?? ?NNdNxf xdf 111 ????????????? （ 57） 又xfKfN 0? ，所以 Kffx01 ??? （ 58） NdN 為量化誤差。 因此在測量中， 需準確 設定 分界頻率 點 0xf ,當被測信號頻率 0xx ff ? 時，以直接測頻為宜 ；當 0xx ff ? 時， 則以測量周期為宜。當經(jīng)過一定時間再次檢測到 xf 和 cf 同步時 , 閘門信號關閉 , 計數(shù)器閘門關閉 。因此 ， 測頻時的閘門時間誤差和測周期時的 時標信號誤差就是時基誤差 ， 也就是計數(shù)器內石英晶體振蕩器的頻率誤差。 減少石英晶體振蕩器的關機次數(shù)就可以 有效地 減少重現(xiàn)性 對測量頻率 造成的時基誤差 。另一條措施是增加增加測量時間 。比如 ， 單片機需 要提供 5V 的標準電壓，我們使用的干電池，由于使用時間過久或型號不同而使得提供的電壓達不到 5V或高于 5V， 這樣使得 電路不能在正常的狀態(tài)下工作或損壞元器件。當按鍵非常少時 ， 可以西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 3。 功能上的 完善 增加鍵盤控制 通過按鍵實現(xiàn)數(shù)字頻率計的測頻率 ， 周期，占空比，脈寬等各項功能。后一種思路雖然在價格上有所增加 ， 但卻減少了電路的復雜程度 ， 并且 在電路板一旦出現(xiàn)問題時 ， 能盡最大可能的減少元器件的更換 和連接線路的修改 ，非常方便 和實用 。此測量誤差即為觸發(fā)誤差。 （ 2） 減少 時基誤差的措施 使用性能更好的外部頻率標準 用性能更好的外部頻率標準作為計數(shù)器的外頻標 ， 此時的時基誤差就 轉化為 外部頻率標 準的頻率誤差 了 ， 因此對測量儀器的影響就大大減小 。 時基誤差 通用計數(shù)器的時基都是一個石英晶體振蕩 器 。 另外一種方法是 通過 全 同步 技術克服量化誤差。 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 31 （ 2） 減少計數(shù)誤差 的措施 比較 （ 55） 式和 （ 58） 式可以看出， 數(shù)字頻率計 直接測頻時，計數(shù)誤差對測頻誤差 的影響隨被測信號頻率的降低而增大。1個字的計數(shù)誤差。 1個字的誤差 [14]。誤差的大小將直接影響到產(chǎn)品性能的好壞 ， 因此最大限度地減小測量誤差是大多數(shù)數(shù)字測量儀器的目的 。我們設計制作的頻率計能夠達到 這個 標準 ，但也存在 一定的誤差， 特別是低頻段的誤差明顯要高于平均相對誤差， 可能的原因是低頻段采用測周期法時 ， 在頻率、周期轉換時導致了測量精西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 29 度的下降。 最后，通過硬件調試使得硬件電路的各部 分正常工作，達到了調試的目的。接上后 ， 數(shù)碼管能夠正常顯示。 在實際的調試過程中 ， 遇到了如下一些問題： （ 1） CPU 芯片發(fā)熱。 外加電源用來為硬件電路提供穩(wěn)定、可靠的直流電壓。 將萬用表打到二極管檔 ， 檢測電路板上是否有不應該連接 ， 但由于焊接不好或其他原因造成的連接了短路的線路。 圖 416 LED 動態(tài)顯示流程圖 LED dynamic demonstration flow chart 要顯示的數(shù)據(jù)以 BCD 碼的方式存放在單片機 RAM 的存儲單元中。然后浮點數(shù)算術運算對其進行處理 ， 獲得用浮點數(shù)格式表達的信號頻率值 。進位 十進制調整 BCD碼字節(jié)數(shù)到 二進制位數(shù)到 N Y Y N 開 始 結 束 INT1 中斷入口 初始化 保存計數(shù)值 TR0,TH0,TL0 清零 BCD 轉換 軟件譯碼 調顯示子程序 返回 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 26 浮點數(shù)格式化模塊、浮點數(shù)算術運算模塊、浮點數(shù)到 BCD 碼轉換模塊 在完成信號的周期測量后 ， 需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率 。 T1 初始化 下降沿 ? T1 計數(shù)并將值保存到 TL1 寄存單元 上升沿 ? T1 計數(shù)并將值保存到 TH1 寄存單元 等待 等待 Y Y N N 結 束 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 25 圖 414 INT1 中斷程序流程圖 INT1 interrupt routine flow chart 多進制二進制數(shù)轉換為 BCD 碼模塊 這是針對于直接測頻法時 計數(shù)脈沖而言的。 圖 413 測周期法流程框圖 Flow diagram of measures the cyclical method 定時器中斷服務模塊 定時器中斷應用在軟件中實現(xiàn)某功能時顯得非常方便和簡單。 圖 412 直接測頻法流程框圖 Flow diagram of frequency measurement law directly 信號周期測量模塊 在低頻率段 ， 為了保證比較高的測量精度和 較小的測量誤差 ， 在數(shù)字頻率計低頻段的設計中 ， 往往不是直接測量輸入脈沖信號的頻率 ， 而是去 轉測它的周期 。 圖 411 系統(tǒng)軟件流程圖 System software flow chart 系統(tǒng)初始化 頻率測量 周期測量 中斷服務程序 浮點數(shù)到 BCD 碼 測量數(shù)據(jù)顯示 浮點數(shù)格式化 Tf /1? KHZf 10? Y N 二進制轉 BCD 碼 開始 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 23 下面分別介紹各個功能模塊的作用。因為單片機具有編程和自動運算的功能，所以產(chǎn)品中有很多的功能都是通過軟件的形式實現(xiàn)的 。 根據(jù)本設計的思想和原理 ， 將定時器 T1設置為方式 1， C/T=0， GATE=1（如圖 48，表 41所示）。 它與直接測頻率法在信號預處理部分 ， 數(shù)據(jù)顯示部分都是一樣的 ，主要區(qū)別在于：待測脈沖 信號通 過預處理后，變成正、負電平交替出現(xiàn)的周期信號。 當中斷次數(shù)為 mss 5/1 200? 次時，歷時 1s。 11腳電平的高低可通過指令加以控制。 1? TR0/TR1 GATE 1/0 INTINT 1 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 20 直接測頻法的工作流程 圖 49 直接測頻法流程 Direct frequency measurement law flow 如圖 49所示 。 新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生“ 1” 到“ 0” 的負跳變 （ 下降邊沿 ） 后 ， 于下一個機器周期的 S3P1期間裝入計數(shù)器中的 。 可知 ，定時器的定時時間不僅與加 1計數(shù)器的初值 （ 計數(shù)器中的起始值 ,即計數(shù)長度 ） 有關