基于單片機(jī)的簡(jiǎn)單頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2024-12-16 15:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定時(shí)已超過(guò)了定時(shí)器可提供的最大定時(shí)值。為了實(shí)現(xiàn)一秒的定時(shí)，采用定時(shí)和計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。選用定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0作定時(shí)器，工作于方式1產(chǎn)生50 ms的定時(shí)，定時(shí)完成所得的計(jì)數(shù)值乘以20即為所測(cè)信號(hào)頻率。2 T1計(jì)數(shù)部分: 將定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時(shí)定時(shí)器／計(jì)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(jì)數(shù)器。定時(shí)器／計(jì)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(shí)器。 計(jì)算計(jì)數(shù)初值：設(shè)計(jì)數(shù)初值為m，本設(shè)計(jì)采用12 MHz的晶振。機(jī)器周期=12(1／晶振頻率)，得等式。所以計(jì)數(shù)初值m=15536。 當(dāng)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T1設(shè)定為計(jì)數(shù)方式時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖是來(lái)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(shí)，計(jì)數(shù)器則加1計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)是在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)時(shí)采樣T1端口，當(dāng)前一個(gè)機(jī)器周期采樣為1且后一個(gè)機(jī)器周期采樣為0時(shí)，計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)。計(jì)算機(jī)需用兩個(gè)機(jī)器周期來(lái)識(shí)別1次計(jì)數(shù)，因而最大計(jì)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(jì)數(shù)速度為0．5 MHz即500 kHz。另外，此處對(duì)外部事件計(jì)數(shù)脈沖的占空比(即脈沖的持續(xù)寬度)無(wú)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(gè)完整的機(jī)器周期。由此可見(jiàn)，從T1口輸入脈沖信號(hào)，T1可實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。3 數(shù)值串行輸出和靜態(tài)顯示，即工作方式0—同步移位寄存器輸入輸出方式。串行數(shù)據(jù)（計(jì)數(shù)值）通過(guò)RXD輸出，而TXD用于輸出移位時(shí)鐘，作為5個(gè)74LS164的同步信號(hào)，74LS164用于擴(kuò)展并行輸出口，這種方式下，收發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在前，五起始位、奇偶校驗(yàn)位及停止位，波特率固定為振蕩頻率的1/12。發(fā)送過(guò)程中，當(dāng)執(zhí)行一個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時(shí)，串行口把SBUF中的8為數(shù)據(jù)以1/12的波特率從RXD（）端輸出，發(fā)送完畢置中斷標(biāo)志TI=1，傳送過(guò)程中將8位數(shù)據(jù)由低位到高位一位一位順序通過(guò)RXD輸出，并在TXD腳上輸出/12的移位時(shí)鐘。通過(guò)編碼0~9和error(錯(cuò)誤)的代號(hào)E(即當(dāng)超出量程顯示E)，并根據(jù)所得計(jì)數(shù)值的各位數(shù)值，向單片機(jī)外部依次串行輸出各位的編碼，通過(guò)74LS164的并行輸出并且依靠人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象能夠在5位7段LED上同時(shí)顯示各位的數(shù)值。具體程序編寫(xiě)，詳見(jiàn)本論文附上的程序及程序注釋。T法具體過(guò)程：由輸如方波脈沖信號(hào)，T1對(duì)方波信號(hào)的高電平部分計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)果串行輸出和靜態(tài)顯示三大部分，與M法一樣，還要附加延時(shí)程序以使靜態(tài)顯示數(shù)值穩(wěn)定等。具體描述如下：1 由輸如方波脈沖信號(hào)方波信號(hào)通過(guò)管腳輸入檢測(cè)，此處該管腳相當(dāng)于對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)軟件方式告之單片機(jī)哪段時(shí)間輸入信號(hào)為高電平，哪段時(shí)間為低電平。以便控制T1計(jì)時(shí)的開(kāi)始和停止。2 T1對(duì)方波信號(hào)的高電平部分計(jì)時(shí)通過(guò)查詢方式，當(dāng)信號(hào)輸入管腳為1（即高電平）時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，設(shè)置TMOD值為0x90，即T1為方式1的16位定時(shí)器（也可設(shè)置為計(jì)數(shù)器，效果一樣），且T1受GATE位的影響：因?yàn)镚ATE=1，只有為高電平且由軟件使TR1置一時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。正因?yàn)槿绱?，測(cè)量高電平脈寬顯得精確可控。定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束則可將數(shù)值輸出顯示。3 計(jì)時(shí)結(jié)果串行輸出和靜態(tài)顯示此部分內(nèi)容同M法一致，詳見(jiàn)M法的功能實(shí)現(xiàn)描述。 測(cè)試數(shù)據(jù)處理，圖表及現(xiàn)象描述根據(jù)設(shè)計(jì)的程序連接好硬件電路，使用偉福硬件仿真器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)處理：a. 將輸入方波的頻率由小到大進(jìn)行變化，并讀出靜態(tài)顯示出的測(cè)量值與示波器顯示的測(cè)量值，比較二者的差別，分析誤差隨輸入信號(hào)頻率的變化情況及誤差來(lái)源，提出改進(jìn)方案。b. 過(guò)程中要求對(duì)同一頻率的輸入方波進(jìn)行多組測(cè)量，取平均值f或T(頻率或周期)。軟硬件連接圖如下：M法T法現(xiàn)象描述： M法：示波器顯示數(shù)值與靜態(tài)顯示的數(shù)值十分吻合，誤差相當(dāng)小，一般在1~10Hz內(nèi)。本測(cè)量在低頻段的相對(duì)測(cè)量誤差較大。增大T可以提高測(cè)量精度，但在低頻段仍不能滿足要求。 T法：在低頻和高頻時(shí)誤差較大，在1KHz到一定范圍內(nèi)誤差很小。 理論上T法在低頻段精度高。但此次設(shè)計(jì)中反映的現(xiàn)象卻相反。初步分析為計(jì)時(shí)程序誤差太大，不夠合理。一個(gè)是采用的是查詢方式，不易控制計(jì)時(shí)器何時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)和結(jié)束，誤差較大。 總體而言的誤差分析：(1) 單片機(jī)計(jì)數(shù)速率的限制引起誤差。被測(cè)信號(hào)頻率越高，測(cè)量誤差越大，且所測(cè)信號(hào)頻率不能超過(guò)480 kHz。這是因?yàn)椴捎玫氖?2 MHz的晶振，單片機(jī)最大計(jì)數(shù)速度為500 kHz，所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)越接近500 kHz時(shí)，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際頻率的誤差就越大。而當(dāng)被測(cè)信號(hào)大于500 kHz時(shí)，頻率計(jì)將測(cè)不出信號(hào)頻率。(2)原理上存在177。1誤差。由于該設(shè)計(jì)是在計(jì)數(shù)門(mén)限時(shí)間一秒內(nèi)的頻率信號(hào)脈沖數(shù)，所以定時(shí)開(kāi)始時(shí)的第一個(gè)脈沖和定時(shí)時(shí)間到時(shí)的最后一個(gè)脈沖信號(hào)是否被記錄，存在隨機(jī)性。這種誤差對(duì)測(cè)量頻率低的信號(hào)影響較大。由于D觸發(fā)器必須在信號(hào)的上升沿才翻轉(zhuǎn)，故T0對(duì)信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)不存在177。1％誤差，而T1計(jì)時(shí)為信號(hào)信號(hào)周期的整數(shù)倍，則存在對(duì)T1計(jì)數(shù)的177。1％誤差，故測(cè)量精度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān)．()，誤差則小于0．001％；若對(duì)低頻信號(hào)f測(cè)量，故誤差極?。窃诟哳l端分頻時(shí)，由于軟件中斷、延時(shí)等原因，會(huì)導(dǎo)致脈寬的測(cè)量誤差增大，而頻率測(cè)量誤差較小(％)．誤差改進(jìn)措施：a. 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(cè)量范圍擴(kuò)大，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。b. 測(cè)量頻率較高的信號(hào)時(shí)，可先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻，再進(jìn)行測(cè)量。c. 改進(jìn)T法計(jì)時(shí)程序，從根本上減小誤差。4 討論 本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了用兩種方法對(duì)外部未知頻率的方波信號(hào)的測(cè)量。M法測(cè)量的設(shè)計(jì)達(dá)到了高范圍（500KHz，在LED管位數(shù)足夠的情況下，改進(jìn)程序的顯示程序部分即可）與高精度（1~10h
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