基于C8051F041的高精度频率计设计.pdf

!"#$%& ’"$& ()*$ &+%+ 第%&卷 第& 期&+%+ 年& 月!!!"#$%&’$( !"#"$! + 引言频率测量是电子测量中最基本的测量之一! 随着电子科学技术的发展" 对信号频率测量的精度要求越来越高! 目前采用的测频方法有直接测频法# 直接测周法和等精度测频法! 直接测频法在高频段的精度较高" 但在低频段的精度较低$ 直接测周法则恰恰相反! 而等精度测量法则可在整个频率测量范围内保持恒定的测量精度" 且测量精度也较高! ,-+.%( 单片机是/", 芯片" 其内核是,012.% 微控制器!,012.% 采用流水线指令结构" 指令集与标准-+.% 指令集完全兼容! 且不再区分系统时钟周期和机器周期" 所有指令时序都以时钟周期计算" 大部分指令只需% ! & 个系统时钟即可完成! 因而其运算速度明显高于传统-+.% 单片机! 为此" 本文给出了基于,-+.%( 单片机和一些外围电路的等精度频率计的设计方案! % 等精度频率测量的基本原理等精度频率测量又叫多周期同步测量" 它是将待测信号和标准信号分别输入到两个计数器" 它的实际闸门时间不是固定值" 而是待测信号周期的整数倍" 故可消除对待测信号计数时产生的量化误差 3 " %误差 4 " 其精度仅与闸门时间和标准频率有关! 等精度测频系统主要由待测信号计数器# 标准信号计数器# 同步闸门控制器# 预置时间控制器以及运算单元等组成! 测量的基本流程是在发出测量触发信号后" 由同步闸门控制器在预置时间控制器产生预选闸门控制信号" 再由待测信号触发同步" 以形成真正的预置测量时间" 然后同时控制两个计数器" 并分别对待测信号和标准信号进行计数! 等精度测量频率的原理如图%所示! 其待测信号频率可由下式计算% ) 5 * 5 6 ) + * + 7%8 即% * 5 6 ) 5 ) + * + 3&8 式中% ) 5为待测信号计数值" ) +为参考信号计数值" * 5 为待测信号频率值" * + 为参考信号频率值! & 频率计硬件电路设计本设计将待测信号# 标准信号的计数及产生收稿日期! &++ #2%%2+9 基于!"#$%&’(% 的高精度频率计设计杨明涛% ! 杨海明& ! 侯文% ! 郑宾% 3%$ 中北大学电子测试技术国家重点实验室! 山西太原+9++.% " &$ 广饶县信息产业局! 山东东营&.:9++8 摘 要! 根据等精度测频原理! 给出了采用,-+.%(+;% 单片机为主控芯片的高精度数字频率计的设计方法# 该方法将待测频率信号经过整形放大后输入单片机! 然后由单片机控制内部计数器分别对待测信号和标准信号同时计数! 再经运算处理得到测量结果! 并由<,= 实时显示! 同时通过>/&9& 串口传至上位机进行记录分析# 该设计方法与传统测频系统相比! 具有测频精度高! 速度快! 范围宽等优点# 关键词! 等精度" 频率计",-+.%(+;% " <,= " >/&9& 图% 等精度测频原理图%&’(#)$*+,+-./’001$23,*456+3/!)#)/) ! /))+ 新特器件应用"# ! "#$%&’() $ *’+,’(-( % . /#0)1- 2,,")13%)’(4 5’"678 9’68 :-;6 8<7< 第 78卷 第 8 期 8<7< 年 8 月!