關(guān)于一種以單片機(jī)設(shè)計(jì)的頻率測(cè)量系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法

伴隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與普及化，“頻率”早已變成人民群眾所了解的標(biāo)量。而單片機(jī)設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，也是對(duì)包含測(cè)頻以內(nèi)的各種各樣測(cè)量技術(shù)性產(chǎn)生了很多重特大的飛越，殊不知，小容積、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)也在電子器件行業(yè)占據(jù)十分關(guān)鍵的影響力。因此．文中得出了一種以單片機(jī)設(shè)計(jì)的頻率測(cè)量系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法。

1、測(cè)頻系統(tǒng)軟件的硬件配置構(gòu)造

測(cè)量頻率的方式一般分成微波感應(yīng)器測(cè)頻法、數(shù)字功放測(cè)頻法及電子器件計(jì)數(shù)法三種。微波感應(yīng)器測(cè)頻法（又可分成串聯(lián)諧振法和電橋法），常見(jiàn)于頻率粗測(cè)，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(yùn)用2個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)線形累加以造成拍頻狀況，再根據(jù)檢驗(yàn)零拍狀況開(kāi)展測(cè)頻，常見(jiàn)于低頻測(cè)量，出現(xiàn)偏差的原因在零點(diǎn)幾 Hz；后面一種則運(yùn)用2個(gè)離散系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)累加來(lái)造成差頻狀況，隨后根據(jù)檢驗(yàn)零差狀況開(kāi)展測(cè)頻，常見(jiàn)于高頻率測(cè)量，出現(xiàn)偏差的原因在±20 Hz 上下。之上方式在測(cè)量范疇和上都是有一定的不夠，而電子器件計(jì)數(shù)法關(guān)鍵根據(jù)單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)展操縱。因?yàn)閱纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的極強(qiáng)操縱與運(yùn)算作用，電子器件計(jì)數(shù)法的測(cè)量頻率范疇寬，高，便于完成。本設(shè)計(jì)方案便是選用單片機(jī)設(shè)計(jì)電子器件計(jì)數(shù)法來(lái)測(cè)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(cè)量的，擴(kuò)展單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)頻范疇，本設(shè)計(jì)方案采用了對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)開(kāi)展分音器的方式。設(shè)計(jì)方案中選用兩塊同歩十進(jìn)制加減法計(jì)數(shù)器 74LS160 來(lái)構(gòu)成一個(gè) 100 分頻器。該 100 分頻器由2個(gè)同歩十進(jìn)制加減法計(jì)數(shù)器 74LS160 和一個(gè)與非門(mén) 74LS00 相互設(shè)計(jì)方案而成。因?yàn)橐粋€(gè) 74LS160 能夠分音器十的方，而當(dāng) 片 74LS160 工作中時(shí)，如果有進(jìn)位，輸出端 TC 便有進(jìn)位數(shù)據(jù)信號(hào)送進(jìn)第二片的 CEP 端，另外 CET 也為上拉電阻，那樣2個(gè)運(yùn)行狀態(tài)操縱端 CET、CEP 將另外為上拉電阻，這時(shí)第二片 74LS160 將開(kāi)始工作。

2、頻率測(cè)量控制模塊的電路原理

用單片機(jī)設(shè)計(jì)電子器件計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率有測(cè)頻率法和測(cè)周期時(shí)間法二種方式。測(cè)量頻率關(guān)鍵是在企業(yè)定時(shí)執(zhí)行時(shí)間里對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)單脈沖開(kāi)展記數(shù)；測(cè)量周期時(shí)間則是在被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)一個(gè)周期里對(duì)某一標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器開(kāi)展記數(shù)。

2．1 8051 測(cè)頻法的誤差分析

電子器件計(jì)數(shù)器測(cè)頻法主要是將被測(cè)頻率數(shù)據(jù)信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的記數(shù)鍵入端，隨后讓計(jì)數(shù)器在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 Ts1 內(nèi)開(kāi)展記數(shù)，個(gè)人所得的計(jì)標(biāo)值 N1。與被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率 fx1 的關(guān)聯(lián)以下：

而電子器件計(jì)數(shù)器測(cè)周規(guī)律是將規(guī)范頻率數(shù)據(jù)信號(hào) fs2 送至計(jì)數(shù)器的記數(shù)鍵入端，而讓被測(cè)頻率數(shù)據(jù)信號(hào) fx2 操縱計(jì)數(shù)器的記數(shù)時(shí)間，個(gè)人所得的計(jì)標(biāo)值 N2 與 fx2 的關(guān)聯(lián)以下：

實(shí)際上，不管用哪樣方式開(kāi)展頻率測(cè)量，其關(guān)鍵出現(xiàn)偏差的原因源全是因?yàn)橛?jì)數(shù)器只有開(kāi)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(jiàn)，在一樣的 Ts 下，測(cè)頻法 fx1 的低頻端，出現(xiàn)偏差的原因遠(yuǎn)高于高頻率端，而測(cè)周法在 fx2 的高頻率端，其出現(xiàn)偏差的原因遠(yuǎn)高于低頻端。基礎(chǔ)理論研究表明，如開(kāi)展 n 次反復(fù)測(cè)量隨后取均值，則±1 出現(xiàn)偏差的原因會(huì)減少 n 倍。如給出±1 出現(xiàn)偏差的原因ε0，則規(guī)定ε≤ε0ο對(duì)測(cè)頻法要 fx1≥對(duì)測(cè)周規(guī)律規(guī)定 fx2≤ε0fs2ο因而，對(duì)一給出頻率數(shù)據(jù)信號(hào) fs 開(kāi)展測(cè)量時(shí)，用測(cè)頻法 fs1 越低越好，用測(cè)周規(guī)律 fs2 越高越好。

2．2 8051 單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)頻范疇和測(cè)頻時(shí)間

8051 單片機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器插口，在特殊晶振電路頻率 fc=12 MHz 時(shí)，可輸人數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率限制是 fx≤fc／24=500 kHz。如用測(cè)頻法，則頻率的限制在于 8051，故測(cè)頻法的測(cè)量范疇是：

即：fx1≤500 kHz。

用測(cè)頻法測(cè)頻時(shí)，計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器的記數(shù)間隔時(shí)間可由 8051 的此外一個(gè)計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器進(jìn)行，外接 100 分頻器的狀況下，fx1 的頻率范疇可拓展到 50MHz。用測(cè)周法設(shè)計(jì)方案時(shí)，其頻率的低限取決于 8051 計(jì)數(shù)器的極限。充分考慮 8051 內(nèi)部為 16 位，再加上 TF 標(biāo)志位，記數(shù)范疇為 217，因而其記數(shù)時(shí)間為秒。而假如選用半周期時(shí)間測(cè)量，則測(cè)頻范疇是：

在測(cè)周法中，規(guī)范頻率數(shù)據(jù)信號(hào) fs2 由 8051 的內(nèi)部定時(shí)執(zhí)行構(gòu)造造成，f s2 恒為 fc／12，因而，在給出ε0 為 0．0 1 時(shí)，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(wú)窮，即 fs1 能夠做到無(wú)限低，因而，fx1 可做到無(wú)窮小，因而，能夠覺(jué)得測(cè)頻法的測(cè)頻范疇僅有限制頻率，沒(méi)有低限頻率。而再那樣，2個(gè)頻率范疇相累加就可以獲得該頻率計(jì)的測(cè)頻范疇：4 Hz≤fx1≤50 MHz。能夠做到 1Hz。從之上剖析能夠看得出，測(cè)頻法測(cè)量的頻率覆蓋面積較寬，且在高頻率端測(cè)量較高，而在低頻段的測(cè)量較低，另外測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。測(cè)周法測(cè)量的頻率覆蓋面積窄小，在高頻率段的測(cè)量較低，在低頻段的測(cè)量較高，測(cè)量時(shí)間較短。因而，測(cè)頻法適合高頻率數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)量，測(cè)周法適合較低頻數(shù)據(jù)信號(hào)測(cè)量。

8051 能用手機(jī)軟件來(lái)操縱計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式，以完成測(cè)頻法與測(cè)周法的動(dòng)態(tài)性轉(zhuǎn)換。對(duì)寬屏帶、高速運(yùn)行的頻率測(cè)量，可選用手機(jī)軟件轉(zhuǎn)換測(cè)量方式來(lái)提升測(cè)量與測(cè)量速率。其測(cè)頻電源電路如圖所示 2 所顯示。

3、軟件開(kāi)發(fā)

由圖 2 所顯示的測(cè)頻電源電路得知，波型歷經(jīng)哈里斯觸發(fā)器原理 74LS132 后，再經(jīng)整形美容變大后就可以變?yōu)椴ㄐ危S后運(yùn)用 8051 的計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器 T0 給出定時(shí)執(zhí)行時(shí)間為 10 ms，再運(yùn)用 8051 的計(jì)時(shí)器／計(jì)數(shù)器 T1 作計(jì)數(shù)器，總計(jì) 10 ms 時(shí)間里所歷經(jīng)哈里斯觸發(fā)器原理 74LS132 的波形數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng) T0 定時(shí)執(zhí)行滿 10 ms 時(shí)，T0 向 CPU 傳出終斷數(shù)據(jù)信號(hào)以申請(qǐng)辦理終斷，并開(kāi)展頻率測(cè)量。假定所設(shè)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?qū)⒓僭O(shè)給出標(biāo)值 100 與 Tl 開(kāi)展較為，再將 Tl 計(jì)數(shù)器里所計(jì)的標(biāo)值與給出的標(biāo)值開(kāi)展較為。因?yàn)樵儆脺y(cè)頻法測(cè)量頻率時(shí)，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?yàn)?9．9 kHz 和 1 0．1 kHz，誤差為 1％，由此可見(jiàn)該出現(xiàn)偏差的原因并不是非常大，還能夠接納。

實(shí)際上，當(dāng)頻率較為低于 1 5kHz 時(shí)，若程序流程挑選用測(cè)量周期時(shí)間法。則測(cè)周法流程表以及程序流程如如圖所示 3 所顯示。