基于51單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-08 00:47本頁面
【正文】 間接測頻法，如周期測頻法。I摘 要 在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測量的重要手段之一。直接測頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測量。關(guān)鍵詞：頻率，信號(hào)，周期AbstractIn electronic technology,the frequency is the most basic one of the parameters,andwith a number of electrical parameters of the measurement program,measurement more important,There are several ways of mesuring frequency,in which electronic counter the frequency with high precision,easy to use ,quick measurements,and is easy to realize the advatages of automaion of measurement process is an important means of frequency Counter Frequency Measurement There are two ways:First,the directfrequency measurement method,thatis,the gate in a certain period of time measured the number of measured signal pulse。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的數(shù)字測量儀器，它的基本功能是測量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間變化的物理量。（二）問題提出中國電子測量儀器，隨著世界高科技發(fā)展的潮流，走進(jìn)了高科技發(fā)展的道路，在若干重大領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，為我國電子測量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。于是測量儀技術(shù)指標(biāo)上不斷提高，如測頻精度高、抗干擾能力強(qiáng)等。近幾年，數(shù)字化儀器在迅速發(fā)展，我國也在不斷研究推出各種新型數(shù)字化儀器，以適應(yīng)當(dāng)今科技發(fā)展。單片機(jī)構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性能價(jià)格比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機(jī)到音響汽車等等，處處可見。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測信號(hào)頻率的儀器，被測信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。 因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。但是這種電路存在一些缺點(diǎn)，且測頻精度也不如單片機(jī)的高。利用單片機(jī)采用程序設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)頻率計(jì)，其測頻精度高。只要對(duì)電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級(jí)。通過 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)數(shù)器測量某段時(shí)間內(nèi)的外加脈沖數(shù)，經(jīng)過處理并通過數(shù)碼管直接顯示出所加信號(hào)的頻率。當(dāng)來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖則計(jì)數(shù)一次。方框圖如圖 所示。其特點(diǎn)是直接用現(xiàn)成的 IC組合而成，簡單方便，但由于使用的器件較多，連線復(fù)雜，體積大，功耗大，焊點(diǎn)和線路較多將使成品穩(wěn)定度與精確度大打折扣。將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小的同時(shí)還提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA 軟件仿真，調(diào)試，每個(gè)設(shè)計(jì)人員都可以利用軟件代碼，提高開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。實(shí)現(xiàn)方法靈活，調(diào)試方便，修改容易。測頻方案比較方案一：完全按定義式 F=N/T 進(jìn)行測量。此方案為傳統(tǒng)的測頻方案，其測量精度將隨被測信號(hào)頻率的下降而降低。此方案當(dāng)被測信號(hào)的周期較短時(shí)，會(huì)使精度大大下降。被測信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在相同門限時(shí)間 Tpr 內(nèi)，同時(shí)分別計(jì)數(shù)，而后對(duì)比得出被測信號(hào)頻率 Fx。綜上所述，選用第三種測頻方案。等精度測頻的實(shí)現(xiàn)方法可以用圖 來3簡化說明。COUNT1 和 COUNT2 是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器。當(dāng)門控信號(hào)為高電平時(shí)，被測信號(hào)的上沿通過 D 觸發(fā)器的 Q 端同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器COUNT1 和 COUNT2，對(duì)被測信號(hào) Fx 和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) Fs 同時(shí)計(jì)數(shù)。設(shè)在一次門控時(shí)間 Tpr 中對(duì)被測信號(hào)計(jì)數(shù)值為 Nx，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 Ns。增大 Tpr 或提高 Fs，可以增大 Ns，減少測量誤差，提高測量精度。Fs?等精度測頻方法測量精度與預(yù)置門寬度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測信號(hào)的頻率無關(guān)。三、數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)（一）數(shù)字頻率計(jì)原理數(shù)字頻率計(jì)的基本組成（1）測量控制電路，由一塊 CD4017 和一塊 74LS04 構(gòu)成，其 CP 端輸入 1s 脈沖信號(hào)，5輸出 Q2 用于計(jì)數(shù)器清零，Q1 經(jīng)過一個(gè)非門用于鎖存，Q0 經(jīng)過一個(gè)非門用于計(jì)數(shù)測頻。計(jì)數(shù)是以十進(jìn)制數(shù)顯示，如果需要測試較高的頻率信號(hào)，則將 dout 的輸出位數(shù)增加，當(dāng)然鎖存器 位數(shù)也要增加。設(shè)置鎖豐器的好處是暗淡無光的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不會(huì)由于周期性的清零信號(hào)而不斷閃爍。（4）電源電路，5V 穩(wěn)壓輸出供數(shù)字電路使用。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測量它們的周期。數(shù)字頻率計(jì)是測 1 秒鐘脈沖產(chǎn)生電路?？刂茣r(shí)鐘信號(hào)取為 1Hz，2 分頻后即可產(chǎn)生一個(gè)脈寬為 1 秒的時(shí)鐘 testen，以此作為計(jì)數(shù)閘門信號(hào)。數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)（1）頻率準(zhǔn)確度一般用相對(duì)誤差來表示，即 ＝177。1 個(gè)字誤差） ，是數(shù)字儀器所特有的誤差，當(dāng)閘門時(shí)間 T 選定后， 越低，量化xf誤差越大； ＝ 為閘門時(shí)間相對(duì)誤差，主要由時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度決定，cf?T《 。頻率測量范圍主要由放大整形電路的頻率響應(yīng)起決定。位數(shù)越多，分辨率越高。6（二）數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)（1）計(jì)數(shù)脈沖形成電路：用 555 定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器對(duì)外加的周期波進(jìn)行變換，使之輸出為矩形脈沖。通過軟件編程使它內(nèi)部的定時(shí)器 T0定時(shí)，T 1對(duì)外部的所加脈沖計(jì)數(shù)。b、用 4 位七段共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。1 量化誤差，使測量精度大大提高。它采用多周期同步測量法，即測量輸入多個(gè)（整數(shù)個(gè)）周期值，再進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算而求得頻率。（3）系統(tǒng)級(jí)方案設(shè)計(jì) 在選擇多周期同步等精度測量法的情況下，按照自頂向下的設(shè)計(jì)
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