一種基于單片機的數字頻率計的實(shí)現

4 軟件設計
4．1 實(shí)現一秒定時(shí)
采用12 MHz的晶體振蕩器的情況下，一秒的定時(shí)已超過(guò)了定時(shí)器可提供的最大定時(shí)值。為了實(shí)現一秒的定時(shí)，采用定時(shí)和計數相結合的方法實(shí)現。選用定時(shí)／計數器TO作定時(shí)器，工作于方式1產(chǎn)生50 ms的定時(shí)，再用軟件計數方式對它計數20次，就可得到一秒的定時(shí)。
4．2 計數部分
將定時(shí)器／計數器的方式寄存器TMOD，用軟件賦初值51H，即01010001B。這時(shí)定時(shí)器／計數器1采用工作方式1，方式選擇位C／T設為1，即設T1為16位計數器。定時(shí)器／計數器O采用工作方式1，C／T設為0，即設TO為16位定時(shí)器。
計算計數初值：設計數初值為X，本設計采用12 MHz的晶振。機器周期=12×(1／晶振頻率)=12×(1／12×10。)一1×10一。，(2M―X)×1×10―0―50×10_。，X一15 536。
所以計數初值為15 536，用十六進(jìn)制表示為3CBOH。
當定時(shí)器／計數器T1設定為計數方式時(shí)，其計數脈沖是來(lái)源T1端口的外部事件。當T1端口上出現由“1”(高電平)到“0”(低電平)的負跳變脈沖時(shí)，計數器則加1計數。計算機是在每個(gè)機器周期的S5P2狀態(tài)時(shí)采樣T1端口，當前一個(gè)機器周期采樣為1且后一個(gè)機器周期采樣為0時(shí)，計數器加1計數。計算機需用兩個(gè)機器周期來(lái)識別1次計數，因而最大計數速率為振蕩頻率的1／24。在采用12 MHz晶振的情況下，單片機最大計數速度為0．5 MHz即500 kHz。
另外，此處對外部事件計數脈沖的占空比(即脈沖的持續寬度)無(wú)特殊要求，但必須保證所給出的高電平在其改變之前至少被采樣1次，即至少保持1個(gè)完整的機器周期。由此可見(jiàn)，從T1口輸入脈沖信號，T1可實(shí)現對脈沖個(gè)數的計數。
4．3 程序流程圖
計時(shí)采用定時(shí)T0中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調用顯示子程序。主程序流程如圖3所示。

5 測量結果及誤差分析
5．1 測量結果
給電路加+5 V電壓，輸入信號，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可得到頻率值。將所測頻率值與示波器測量結果比較，如表1所示。

5．2 誤差來(lái)源分析
(1)單片機計數速率的限制引起誤差。從表l測量數據可以看出被測信號頻率越高，測量誤差越大，且所測信號頻率不能超過(guò)480 kHz。這是因為采用的是12 MHz的晶振，單片機最大計數速度為500 kHz，所以當被測信號越接近500 kHz時(shí)，測量結果與實(shí)際頻率的誤差就越大。而當被測信號大于500 kHz時(shí)，頻率計將測不出信號頻率。
(2)原理上存在±1誤差。由于該設計是在計數門(mén)限時(shí)間一秒內的頻率信號脈沖數，所以定時(shí)開(kāi)始時(shí)的第一個(gè)脈沖和定時(shí)時(shí)間到時(shí)的最后一個(gè)脈沖信號是否被記錄，存在隨機性。這種誤差對測量頻率低的信號影響較大。其誤差原理示意圖如圖4所示。

(3)晶振的準確度會(huì )影響一秒定時(shí)的準確度，從而引起測量結果誤差。
5．3 減小誤差措施
(1)選用頻率較高和穩定性好的晶振。如選24 kHz的晶振可使測量范圍擴大，穩定性好的晶振可以減小誤差。
(2)測量頻率低的信號時(shí)，可適當調整程序，延長(cháng)門(mén)限時(shí)間，減少原理上±1的相對誤差。
(3)測量頻率較高的信號時(shí)，可先對信號進(jìn)行分頻，再進(jìn)行測量。

6 結 語(yǔ)
基于單片機設計的數字頻率計具有原理簡(jiǎn)單、易于調試和測量方便等優(yōu)點(diǎn)，主要用來(lái)測量低頻信號的頻率。由于其測量范圍會(huì )受單片機計數速率的限制，其測量量程較小，所以可以從原理上進(jìn)行改進(jìn)以提高其測頻范圍，比如通過(guò)增加分頻電路，就可實(shí)現對高頻信號的測量。