關于一種以單片機設計的頻率測量系統(tǒng)軟件的設計方法

伴隨著無線通信技術的發(fā)展趨勢與普及化，“頻率”早已變成人民群眾所了解的標量。而單片機設計的出現(xiàn)，也是對包含測頻以內的各種各樣測量技術性產生了很多重特大的飛越，殊不知，小容積、質優(yōu)價廉、作用強等優(yōu)點也在電子器件行業(yè)占據(jù)十分關鍵的影響力。因此．文中得出了一種以單片機設計的頻率測量系統(tǒng)軟件的設計方法。

1、測頻系統(tǒng)軟件的硬件配置構造

測量頻率的方式一般分成微波感應器測頻法、數(shù)字功放測頻法及電子器件計數(shù)法三種。微波感應器測頻法（又可分成串聯(lián)諧振法和電橋法），常見于頻率粗測，在 1％上下。數(shù)字功放比較分析法可分成拍頻法和差頻法，前面一種是運用2個數(shù)據(jù)信號線形累加以造成拍頻狀況，再根據(jù)檢驗零拍狀況開展測頻，常見于低頻測量，出現(xiàn)偏差的原因在零點幾 Hz；后面一種則運用2個離散系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號累加來造成差頻狀況，隨后根據(jù)檢驗零差狀況開展測頻，常見于高頻率測量，出現(xiàn)偏差的原因在±20 Hz 上下。之上方式在測量范疇和上都是有一定的不夠，而電子器件計數(shù)法關鍵根據(jù)單片機設計開展操縱。因為單片機設計的極強操縱與運算作用，電子器件計數(shù)法的測量頻率范疇寬，高，便于完成。本設計方案便是選用單片機設計電子器件計數(shù)法來測量頻率，其系統(tǒng)軟件硬件配置基本原理框架圖如圖所示 1 所顯示。

為了更好地提升測量的，擴展單片機設計的測頻范疇，本設計方案采用了對數(shù)據(jù)信號開展分音器的方式。設計方案中選用兩塊同歩十進制加減法計數(shù)器 74LS160 來構成一個 100 分頻器。該 100 分頻器由2個同歩十進制加減法計數(shù)器 74LS160 和一個與非門 74LS00 相互設計方案而成。因為一個 74LS160 能夠分音器十的方，而當片 74LS160 工作中時，如果有進位，輸出端 TC 便有進位數(shù)據(jù)信號送進第二片的 CEP 端，另外 CET 也為上拉電阻，那樣2個運行狀態(tài)操縱端 CET、CEP 將另外為上拉電阻，這時第二片 74LS160 將開始工作。

2、頻率測量控制模塊的電路原理

用單片機設計電子器件計數(shù)法測量頻率有測頻率法和測周期時間法二種方式。測量頻率關鍵是在企業(yè)定時執(zhí)行時間里對被測數(shù)據(jù)信號單脈沖開展記數(shù)；測量周期時間則是在被測數(shù)據(jù)信號一個周期里對某一標準脈沖發(fā)生器開展記數(shù)。

2．1 8051 測頻法的誤差分析

電子器件計數(shù)器測頻法主要是將被測頻率數(shù)據(jù)信號加到計數(shù)器的記數(shù)鍵入端，隨后讓計數(shù)器在國際標準時間 Ts1 內開展記數(shù)，個人所得的計標值 N1。與被測數(shù)據(jù)信號的頻率 fx1 的關聯(lián)以下：

而電子器件計數(shù)器測周規(guī)律是將規(guī)范頻率數(shù)據(jù)信號 fs2 送至計數(shù)器的記數(shù)鍵入端，而讓被測頻率數(shù)據(jù)信號 fx2 操縱計數(shù)器的記數(shù)時間，個人所得的計標值 N2 與 fx2 的關聯(lián)以下：

實際上，不管用哪樣方式開展頻率測量，其關鍵出現(xiàn)偏差的原因源全是因為計數(shù)器只有開展整數(shù)金額記數(shù)而造成的±1 出現(xiàn)偏差的原因：

由此可見，在一樣的 Ts 下，測頻法 fx1 的低頻端，出現(xiàn)偏差的原因遠高于高頻率端，而測周法在 fx2 的高頻率端，其出現(xiàn)偏差的原因遠高于低頻端。基礎理論研究表明，如開展 n 次反復測量隨后取均值，則±1 出現(xiàn)偏差的原因會減少 n 倍。如給出±1 出現(xiàn)偏差的原因ε0，則規(guī)定ε≤ε0ο對測頻法要 fx1≥對測周規(guī)律規(guī)定 fx2≤ε0fs2ο因而，對一給出頻率數(shù)據(jù)信號 fs 開展測量時，用測頻法 fs1 越低越好，用測周規(guī)律 fs2 越高越好。

2．2 8051 單片機設計的測頻范疇和測頻時間

8051 單片機設計的計時器／計數(shù)器插口，在特殊晶振電路頻率 fc=12 MHz 時，可輸人數(shù)據(jù)信號的頻率限制是 fx≤fc／24=500 kHz。如用測頻法，則頻率的限制在于 8051，故測頻法的測量范疇是：

即：fx1≤500 kHz。

用測頻法測頻時，計時器／計數(shù)器的記數(shù)間隔時間可由 8051 的此外一個計時器／計數(shù)器進行，外接 100 分頻器的狀況下，fx1 的頻率范疇可拓展到 50MHz。用測周法設計方案時，其頻率的低限取決于 8051 計數(shù)器的極限。充分考慮 8051 內部為 16 位，再加上 TF 標志位，記數(shù)范疇為 217，因而其記數(shù)時間為秒。而假如選用半周期時間測量，則測頻范疇是：

在測周法中，規(guī)范頻率數(shù)據(jù)信號 fs2 由 8051 的內部定時執(zhí)行構造造成，f s2 恒為 fc／12，因而，在給出ε0 為 0．0 1 時，fx2 不僅有一定的限制頻率，也是有一定的低限頻率。即：

并不難看出得到：4Hz≤fx1≤10 kHz 理論上能夠做到無窮，即 fs1 能夠做到無限低，因而，fx1 可做到無窮小，因而，能夠覺得測頻法的測頻范疇僅有限制頻率，沒有低限頻率。而再那樣，2個頻率范疇相累加就可以獲得該頻率計的測頻范疇：4 Hz≤fx1≤50 MHz。能夠做到 1Hz。從之上剖析能夠看得出，測頻法測量的頻率覆蓋面積較寬，且在高頻率端測量較高，而在低頻段的測量較低，另外測量時間較長。測周法測量的頻率覆蓋面積窄小，在高頻率段的測量較低，在低頻段的測量較高，測量時間較短。因而，測頻法適合高頻率數(shù)據(jù)信號的測量，測周法適合較低頻數(shù)據(jù)信號測量。

8051 能用手機軟件來操縱計時器／計數(shù)器的工作方式，以完成測頻法與測周法的動態(tài)性轉換。對寬屏帶、高速運行的頻率測量，可選用手機軟件轉換測量方式來提升測量與測量速率。其測頻電源電路如圖所示 2 所顯示。

3、軟件開發(fā)

由圖 2 所顯示的測頻電源電路得知，波型歷經哈里斯觸發(fā)器原理 74LS132 后，再經整形美容變大后就可以變?yōu)椴ㄐ?，隨后運用 8051 的計時器／計數(shù)器 T0 給出定時執(zhí)行時間為 10 ms，再運用 8051 的計時器／計數(shù)器 T1 作計數(shù)器，總計 10 ms 時間里所歷經哈里斯觸發(fā)器原理 74LS132 的波形數(shù)據(jù)信號。當 T0 定時執(zhí)行滿 10 ms 時，T0 向 CPU 傳出終斷數(shù)據(jù)信號以申請辦理終斷，并開展頻率測量。假定所設置的中介公司頻率為 l00／10 ms=l00×100=10000 Hz=10 kHz，岡為 fx=N／T，因此，能夠將假設給出標值 100 與 Tl 開展較為，再將 Tl 計數(shù)器里所計的標值與給出的標值開展較為。因為再用測頻法測量頻率時，較小頻率的出現(xiàn)偏差的原因很大（±l 出現(xiàn)偏差的原因）。因此，這兒用 l0 kHz 做為正中間頻率，其±1 出現(xiàn)偏差的原因為 9．9 kHz 和 1 0．1 kHz，誤差為 1％，由此可見該出現(xiàn)偏差的原因并不是非常大，還能夠接納。

實際上，當頻率較為低于 1 5kHz 時，若程序流程挑選用測量周期時間法。則測周法流程表以及程序流程如如圖所示 3 所顯示。