基于單片機的簡單頻率計課程設(shè)計報告(編輯修改稿)
2024-12-16 15:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 定時已超過了定時器可提供的最大定時值。為了實現(xiàn)一秒的定時，采用定時和計數(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)。選用定時／計數(shù)器T0作定時器，工作于方式1產(chǎn)生50 ms的定時，定時完成所得的計數(shù)值乘以20即為所測信號頻率。2 T1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m，本設(shè)計采用12 MHz的晶振。機器周期=12(1／晶振頻率)，得等式。所以計數(shù)初值m=15536。 當定時器／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T1端口上出現(xiàn)由“1”(高電平)到“0”(低電平)的負跳變脈沖時，計數(shù)器則加1計數(shù)。計算機是在每個機器周期的S5P2狀態(tài)時采樣T1端口，當前一個機器周期采樣為1且后一個機器周期采樣為0時，計數(shù)器加1計數(shù)。計算機需用兩個機器周期來識別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個完整的機器周期。由此可見，從T1口輸入脈沖信號，T1可實現(xiàn)對脈沖個數(shù)的計數(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)（計數(shù)值）通過RXD輸出，而TXD用于輸出移位時鐘，作為5個74LS164的同步信號，74LS164用于擴展并行輸出口，這種方式下，收發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在前，五起始位、奇偶校驗位及停止位，波特率固定為振蕩頻率的1/12。發(fā)送過程中，當執(zhí)行一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時，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)送完畢置中斷標志TI=1，傳送過程中將8位數(shù)據(jù)由低位到高位一位一位順序通過RXD輸出，并在TXD腳上輸出/12的移位時鐘。通過編碼0~9和error(錯誤)的代號E(即當超出量程顯示E)，并根據(jù)所得計數(shù)值的各位數(shù)值，向單片機外部依次串行輸出各位的編碼，通過74LS164的并行輸出并且依靠人眼的視覺暫留現(xiàn)象能夠在5位7段LED上同時顯示各位的數(shù)值。具體程序編寫，詳見本論文附上的程序及程序注釋。T法具體過程：由輸如方波脈沖信號，T1對方波信號的高電平部分計時，計時結(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方波信號通過管腳輸入檢測，此處該管腳相當于對信號的監(jiān)測，通過軟件方式告之單片機哪段時間輸入信號為高電平，哪段時間為低電平。以便控制T1計時的開始和停止。2 T1對方波信號的高電平部分計時通過查詢方式，當信號輸入管腳為1（即高電平）時進行計時，設(shè)置TMOD值為0x90，即T1為方式1的16位定時器（也可設(shè)置為計數(shù)器，效果一樣），且T1受GATE位的影響：因為GATE=1，只有為高電平且由軟件使TR1置一時，才能啟動定時器工作。正因為如此，測量高電平脈寬顯得精確可控。定時器計時結(jié)束則可將數(shù)值輸出顯示。3 計時結(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M法的功能實現(xiàn)描述。 測試數(shù)據(jù)處理，圖表及現(xiàn)象描述根據(jù)設(shè)計的程序連接好硬件電路，使用偉福硬件仿真器和實驗臺進行測量。數(shù)據(jù)處理：a. 將輸入方波的頻率由小到大進行變化，并讀出靜態(tài)顯示出的測量值與示波器顯示的測量值，比較二者的差別，分析誤差隨輸入信號頻率的變化情況及誤差來源，提出改進方案。b. 過程中要求對同一頻率的輸入方波進行多組測量，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，誤差相當小，一般在1~10Hz內(nèi)。本測量在低頻段的相對測量誤差較大。增大T可以提高測量精度，但在低頻段仍不能滿足要求。 T法：在低頻和高頻時誤差較大，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)計中反映的現(xiàn)象卻相反。初步分析為計時程序誤差太大，不夠合理。一個是采用的是查詢方式，不易控制計時器何時開始計時和結(jié)束，誤差較大。 總體而言的誤差分析：(1) 單片機計數(shù)速率的限制引起誤差。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。這是因為采用的是12 MHz的晶振，單片機最大計數(shù)速度為500 kHz，所以當被測信號越接近500 kHz時，測量結(jié)果與實際頻率的誤差就越大。而當被測信號大于500 kHz時，頻率計將測不出信號頻率。(2)原理上存在177。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，存在隨機性。這種誤差對測量頻率低的信號影響較大。由于D觸發(fā)器必須在信號的上升沿才翻轉(zhuǎn)，故T0對信號脈沖個數(shù)不存在177。1％誤差，而T1計時為信號信號周期的整數(shù)倍，則存在對T1計數(shù)的177。1％誤差，故測量精度與被測頻率無關(guān)．()，誤差則小于0．001％；若對低頻信號f測量，故誤差極小．但是在高頻端分頻時，由于軟件中斷、延時等原因，會導(dǎo)致脈寬的測量誤差增大，而頻率測量誤差較小(％)．誤差改進措施：a. 選用頻率較高和穩(wěn)定性好的晶振。如選24 kHz的晶振可使測量范圍擴大，穩(wěn)定性好的晶振可以減小誤差。b. 測量頻率較高的信號時，可先對信號進行分頻，再進行測量。c. 改進T法計時程序，從根本上減小誤差。4 討論 本次設(shè)計實現(xiàn)了用兩種方法對外部未知頻率的方波信號的測量。M法測量的設(shè)計達到了高范圍（500KHz，在LED管位數(shù)足夠的情況下，改進程序的顯示程序部分即可）與高精度（1~10h
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