來源：微計算機信息，作者：吳峰；朱瑞祥；張會娟；黃玉祥；單士睿

引言

數(shù)字頻率信號具有抗干擾能力強、便于遠距離傳輸、后續(xù)電路輸入靈活、接口簡單、占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點。所以在一些非快速過程的前向通道中，愈來愈多采用V／F轉(zhuǎn)換來代替通常的A／D轉(zhuǎn)換，在各類傳感器中數(shù)字化傳感器所占的比重也越來越大［1］。由于數(shù)字化傳感器的大量使用，在密度計、溫度計、轉(zhuǎn)速表等各類智能儀表中經(jīng)常要對頻率信號進行測量。而現(xiàn)有的頻率測量系統(tǒng)是由單片機構(gòu)成的，主要采用單芯片進行測量，在測量過程中，對數(shù)據(jù)進行乘除運算要占用一定的CPU時間，存在運算期間信號無法采集、測量系統(tǒng)效率低等缺點。針對這些問題，本文開發(fā)了一種由雙8051芯片組成的頻率測量系統(tǒng)，它可以有效的解決頻率測量系統(tǒng)在測量時產(chǎn)生的上述問題。

2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

雙8051芯片的頻率測量系統(tǒng)的硬件主要由兩片8051芯片、施密特整形器、RAM/IO擴展器8155及LED顯示器等構(gòu)成，其硬件系統(tǒng)電路組成框圖如圖1所示。

工作原理是將被測信號Ix經(jīng)過施密特整形器后變成標準的方波信號，然后將整形后的信號送到8051a中，該芯片負責收集信號的相關(guān)數(shù)據(jù)，再將8051a測量得到的數(shù)據(jù)輸入到8051b中進行計算，最后將得到的頻率值由8051b輸出到顯示器顯示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要是通過雙8051芯片的協(xié)作完成任務(wù)的，軟件系統(tǒng)流程圖如圖2所示。該系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，由8051 a和8051 b軟件模塊構(gòu)成。a片用于采集信號，其程序模塊主要有：主程序模塊、測量程序1模塊、測量程序2模塊；b片用于計算和輸出結(jié)果，其程序模塊主要有：主程序模塊、計算模塊、中斷服務(wù)模塊。其中幾個主要程序模塊的功能如下。

3.1 8051a的程序

8051a主要負責信號的采集，它采用測頻率（測量方式1）、測周期（測量方式2）兩種方法，并利用8051b的計算結(jié)果判斷應當采用哪種測量方案。

3.1.1 主程序功能

8051a的功能主要是用來測量信號，并根據(jù)從8051b中讀取的數(shù)據(jù)，判斷該采用哪種測量方式，然后將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給8051b，主程序流程圖如圖3所示。首先，將并行接口芯片8155進行初始化，然后從8155接口讀取8051b的數(shù)據(jù)，以此來判斷是采用測量方式1還是測量方式2，然后再調(diào)用相關(guān)的子程序進行測量，最后把測量方式和所得數(shù)據(jù)發(fā)送給8051b。（本系統(tǒng)采用振蕩頻率為12MHz，所以最大測量范圍是15.259Hz-0.5MHz［2］）

3.1.2 測量方式1程序功能

測量方式1采用測頻率法，主要用于高頻段測量，它是利用單片機的定時計數(shù)器測量一定時間內(nèi)脈沖信號的個數(shù)得到頻率值［3］，測量方式1程序流程圖如圖4所示。首先，給T0、T1設(shè)置工作模式并賦初始值，以T0作為定時器、T1作為計數(shù)器，然后給T0設(shè)定一段時間，T1由脈沖的上升沿觸發(fā)計數(shù)，并啟動定時器T0，同時啟動計數(shù)器T1進行計數(shù)，當計時結(jié)束時關(guān)閉計數(shù)器，最后將計數(shù)器T1的計數(shù)結(jié)果進行讀取并保存。

3.1.3 測量方式2程序功能

測量方式2采用測周期法，主要用于低頻段測量，它是通過測量一個信號的周期并進行計算可得到頻率值［4］，測量方式2程序流程圖如圖5所示。首先，給T0設(shè)置工作模式為方式2，即16位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)，當信號由0變1時開始計時，當信號再由0變1時結(jié)束計時，則此時計時器所記時間就為信號的周期。

3.2 8051b的程序

8051b主要負責計算由8051a輸出的數(shù)據(jù)，并將計算結(jié)果輸出到8051a及顯示器。

3.2.1 主程序功能

8051b的主程序功能是將8051a的數(shù)據(jù)進行計算并輸出，8051b主程序流程圖如圖6所示。首先，將各個芯片和數(shù)據(jù)進行初始化，然后給8051a發(fā)送數(shù)據(jù)0，開中斷，將8051a中傳入的數(shù)據(jù)進行計算，最后將計算結(jié)果輸出到8051a和顯示器。

3.2.2 中斷程序功能

中斷程序的功能主要是用來接收8051a的數(shù)據(jù)，中斷程序流程圖如圖7所示。首先，將有用的數(shù)據(jù)壓入堆棧，然后將8051a發(fā)過來的數(shù)據(jù)進行接收，最后將壓入堆棧的數(shù)據(jù)進行釋放。

4 分析

在單8051芯片的頻率測量系統(tǒng)中，芯片采樣和計算是按順序依次進行的。通常，多字節(jié)的乘除法運算需要運行幾十條指令，并耗費大量的機器時間。在進行計算的過程中，單8051芯片無法進行采樣，導致許多信息在這一過程中丟失，但是采用了雙8051芯片后，將采樣和計算兩部分分開進行，能有效地利用雙8051芯片，減少信號的測量周期，提高頻率測量系統(tǒng)的效率。

5 結(jié)束語

采用雙8051芯片有效地克服了單8051芯片的不足，加快了頻率測量系統(tǒng)的反應速度，提高了頻率測量系統(tǒng)的效率，應用在實時控制系統(tǒng)中能顯著提高系統(tǒng)的實時性。雙8051芯片具有測量效率高、反應速度快等優(yōu)點，可廣泛應用于許多實時控制及其它需要快速測量的系統(tǒng)中。

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