学位论文—-频率计设计.doc

1 摘要本设计采用单片机 89S51 及相应的输入信号处理电路设计频率测量系统。设计制作完成了智能能数字频率计。它主要由信号放大、限幅、整形、测量模块、控制与显示模块组成。它运用单片机强大的运算能力,克服了一般数字频率计在低频段精度不高的的缺点; 采用频率自动分段技术,可自动实现频段间切换,提高响应速度组成。关键词: 周期;频率;单片机 Abstract The system is based on the single-chip puter 89S51,and relevant import circuit of signal processing. It is made up of signal amplification and modify module, limit breadth, measure module, control and display module. It use powerful arithmetical capability of single-chip puter ,conquer the disadvantage that monly digital cymomeler has not high precision in low-frequency; The system using the technique of auto subsection,that can achieve the switch with the segment of frequency, and heighten the speed of response. Key Words : period frequency single-chip puter 设计任务 2 采用单片机 AT89S51 及相应的输入信号处理电路设计频率测量系统;输入信号为方波、正弦波,输入电压 1~5V ;数据显示采用共阳 LED 数码管 4位;具有电源接口,公共地线、电源需加滤波电路;具有上电自检功能。设计思路频率的测量实际上就是在 1S 时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法, 1 )使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数,或者测量信号的周期; 2 )单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数,计数值再由单片机读取。方案论证本次设计任务的关键问题在于如何在要求的测量范围内达到尽可能小的测量误差,针对此问题,我们进行了仔细的论证和比较。 1. 频率测量方案一: ` 倍频法由于直接测频法在高频区有很高的精度, 可以把频率测量范围分成几个频段, 利用倍频技术, 将各个频段倍频后利用直接测频法测量, 这理论上可以达到较高的精度, 实际在低频时( 低于 100HZ), 锁相电路工作性能很不理想, 有时甚至不能正常工作, 况且硬件的设计将变得复杂, 本设计不采用此方案。方案二:等精度数字测频等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值, 而是被测信号周期的整数倍, 即与被测信号同步, 故又称多周期同步测频, 其原理如下: 预置闸门 fo Fx 开放 EXT1 和 TMA , TMB 中断 EXT1 溢出开放 EXT 2 中断 3 实际闸门有 NxTx=NoTo 其输入信号的频率可表示为: Fx= ( Nx/No ) *fo 因此, 只有对标准信号 f0 产生计数? 1 的量化误差, 它在整个测试频段的精度是相等的。其测量误差恒为: dfx/fx= dNo/No+|dfo/fo| =? 1/fo+|dfo/fo| 其中 dfo/fo 为晶体振荡器的频率准确度, 通常可达 610 ?--810 ?;? 1/fo 则为标准信号 fo 产生计数? 1 的量化误差, 现选用 (fosc/2) 的频率作为标准信号, 其合成总误差为 610 ?。但由于硬件复杂,故不采用此方案。方案三:直接测频这是传统频率计用得较多的一种方法, 其测频的一般原理框图如图所示。它是利用计数器在闸门 G 开启期间对输入信号的周期进行来完成测频的。若设计数值为 N ,则输入信号的频率可表示为: fx=N/Tg 由于闸门时间 Tg 是固定的,所以对于任意的 fx 不能保证在 Tg 时间内正好有 N 个 Tx ,因此会产生最大? 1个 Tx 的量化误差 dN 。这样,可得到直接方式下测频的相对误差为: dfx/fx= dNx/Nx+|df0/f0| =? 1/fxTg+|df0/f0| 其中 df0/f0 为晶体振荡器的频率准确度, 通常可达 610 ?--810 ?;? 1/fxTg 则为量化误差,在被测信号频率高,闸门时间宽的情况下此项相对误差较小,故采用此方案。 2. 放大整型由于输入信号幅度为方波和