單片機測頻研究

1、單片機測頻研究一一26一儀表技術(shù)1998年第3期單片機測頻研究工程兵指揮學(xué)院(221004)史延齡鄒來智,I于龍成'_''-''.一頻率需測量之外,許多信號都可以轉(zhuǎn)換為頻率的測量,以提高測量精度.因此,研究頻率測量具有重要意義.一,8031,Tl簡介采用8031單片機測頻的關(guān)鍵是巧妙使用8031內(nèi)部的定時/計數(shù)器T0,T.及相應(yīng)程序的設(shè)計.與T0,T.有關(guān)的特殊功能寄存器如下.工作方式選擇:如M1Mo=01時,稱方式1,為16位定時/計數(shù)器;當MlMo=10時,稱方式2,為自動恢復(fù)初值的8位定時/計數(shù)器.定時/計數(shù)方式選擇:C/亍=0為定時方式,以單片機

2、晶振頻率的1/12作為計數(shù)信號;C/=1為外部計數(shù)方式,最高計數(shù)頻率為單片機晶振頻率的1/24,若測更高頻率需加分頻器.門控位GATE:GATE=1時,T0和T1受8031外部引腳輸入電平的控制(麗控制T0,麗控制T.),如i為高電平時,T0計數(shù),而麗為低電平時T0停止計數(shù).GATE為0時,T0和Tl不受外部引腳輸入電平的控制.TCON也是8位寄存器,這里僅介紹定時/計數(shù)運行控制位TR.(控制T0)和TRl(控制T1).TRo,TRl由指令置位和清零.當GATE為0時,T0計數(shù)僅受TRo控制.TRo為1時允許T0計數(shù),TRo為0時禁止T0計數(shù).GATE為1時,僅當T為1且麗輸入同.收稿日期:1

3、99710TM(;-THo,T為T0的16位計數(shù)器的高8位和低8位,THl,TLl為Tl的16位計數(shù)器的高8位和低8位.通過對THo,T和THl,TLl的初始化編程設(shè)置T0,T.的定時/計數(shù)初值,T0,T-的最終計數(shù)值也保存在這些計數(shù)器中.二,傳統(tǒng)法測頻測頻法的關(guān)鍵是用T0,T1和8031RAM單元完成定時和脈沖計數(shù).用8031的T1定時/計數(shù)器和R2,R3寄存器實現(xiàn)1s定時;T1設(shè)定為定時工作方式2,即8位自動恢復(fù)初值定時器.若8031的晶振頻率為12MI-Iz,12分頻后,T1定時計數(shù)的脈沖周期為1/Js.定時初值選為6,故Tl定時器每250/Js中斷一次.用R2,R3寄存器記化編程,把R

4、2的量程選為ocsH(即十進制數(shù)200),用R3記錄R2計滿的次數(shù),當R3的計數(shù)值為14H(即十進制數(shù)20)時,1s定時到.用8031的T0定時/計數(shù)器(選初值為0)累計被測信號的脈沖數(shù),將其設(shè)定為計數(shù)工作方式1,即16位計數(shù)器.為記錄高達500kHz信號的脈沖數(shù),還需用8031的RAM單元(如)記錄T0中斷的次數(shù),即,THD,T組成了24位計數(shù)器.如定時1s,則被測頻率為f=(I)×2+(THo)×20+(TLo)上式并不需求和計算,它表示&中內(nèi)容為f二進制值的高8位,THD中內(nèi)容為中間8位,中為低8位,將該3字節(jié)二進制值轉(zhuǎn)換為十進制值,即可顯示結(jié)果.由此

5、可見,該測頻法具有測量迅速,編程簡單等優(yōu)1998年第3期儀表技術(shù)一27一機的,故計數(shù)器有可能多計一個或少計一個脈沖,即有一個被測信號周期T的量化誤差.當測量時間t:Is時,測量的相對誤差為T/t:1,=1/f可見測量誤差與頻率有關(guān),頻率高,相對誤差小.如廠為10I-k時相對誤差為0.1,而當,為10kI-k時相信號.測周期法是在一個被測信號周期內(nèi),記錄定時脈沖的個數(shù).用8031實現(xiàn)該法的關(guān)鍵是,準確檢測出周期信號,并用該信號控制T0累計基準脈沖個數(shù).由Dl,D2觸發(fā)器(一片74LS74)組成的圖1電路,在單片機P10,P11控制下完成周期信號檢測.當P1n:次01時,D1再次翻轉(zhuǎn)(Q1=0),

6、同時D2也翻轉(zhuǎn)(Q2=1).8031查詢到Pl1=1時,讓P10=0,完成了一次檢測.其波形如圖2所示.圖1測周期法電路原理圖L廠L蹙n圖2測周期法時序圖利用8031內(nèi)部的T0計數(shù)器,可得到較精確的T值.將T0設(shè)成定時方式2(即自動恢復(fù)初值的8位定時器).當8031晶振頻率為12MI-Iz時,計數(shù)脈沖周期為l.若設(shè)定TRo=1和GATE=1,則Tn是否計數(shù)取決于麗信號.當而由O一1時,Tn汁數(shù),計數(shù)器計滿時觸發(fā)中斷,在中斷服務(wù)程序中使用8031內(nèi)部寄存器()記錄中斷次數(shù).以擴展計數(shù)范圍;當麗由l一0時,停止計數(shù).因此,只要將T信號接在而上,就可方便的得到T的數(shù)值,即T:()x2+(THo)x2

7、+(TLo)將,TH0,T中的3字節(jié)二進制值求倒數(shù)即得頻率值,編程較簡單.在周期信號控制T0計數(shù)的起停時刻相對于基準脈沖是隨機的,即T0有可能少計或多計一個基準脈沖,測量的量化誤差為一個基準脈沖周期T.(1),相對誤差為T./T,因此該法適于測量頻率較低的信號.3.測頻+測周法在高頻段采用測頻法,而在低頻段采用測周期法.如,若要求全頻段的相對誤差不大于0.001,則當,lkI-Iz時直接測頻,而當f<lkI-k時測周期求倒數(shù).蘭,高精度測頻傳統(tǒng)法測頻對部分頻段的測量精度較高,但無法對整個頻率范圍實施高精度測量,其根本原因是測量的起始和停止時刻的隨機性.采用圖3電路,再配合相應(yīng)軟件

8、可克服這種隨機性,實現(xiàn)整個頻率范圍的高精度測量.其設(shè)計思想為:先用T0記錄單位測量時間8031rc:rTN1lNT:P圖3高精度測頻電路原理圖(如ls)內(nèi)的被測信號脈沖數(shù)N,且保證測量時間的起始時刻與被測信號某個脈沖的上升沿同步,再用T,記錄從單位測量時間結(jié)束時刻到被測信號下一個脈沖上升沿之間的時間f(為基準脈沖的個數(shù)),這樣在t=(10+f)內(nèi)準確記錄下被測信號N個完整的周誤差,f的絕對誤差僅為一個基準脈沖周期T.(1),所以該測頻法的相對誤差與被測頻率無關(guān)(稱為等精度測量)且為,T/f<108顯然若選測量時間為10s,則相對誤差不大予l0.為實現(xiàn)上述設(shè)計思想,用Tl,R2,R

9、3完成1s定時(同測頻法)及記錄f值,用T0,記錄被測信號的脈沖個數(shù)(同測頻法).另外為實現(xiàn)計數(shù)和定時起始點的同步,使GATE=1,用指令把TRo,TR,也置1',這示.測量之前,使P10=0,開始測量時若檢測到被測信號由lO就把P10置"1",這樣到被測信號的下一個脈沖(上升沿)到來時Q由0-"1,Tl,To同時開始工作,一28一儀表技術(shù)1998年第3期1MHzIlIIllLjUUUUULJLfxn._L.!i一一.卜'h口一一TIIIIII,I.I-IIIIllFI一'5t卜圈4高精度測頻時序目下作1s定時,T0在軟件配合下計數(shù).當18

10、定時到時,將P1o清"0",但Q的"l"態(tài)將維持到下一個脈沖的上升沿到達.在此期問,Tl仍在工作,直到Q由10,記錄下時問t.對于低頻信號,t會大于1s,因此還應(yīng)該用兩個寄存器(可將R2,R3清0后再用)記錄Tl(250g)溢出中斷次數(shù).這樣整個測量時問(單位:螂)為t=10+(R3)×2.+(R2)×250+(TL1)一6在t時問(誤差:±1坤)內(nèi)記錄下的被測信號完整周期數(shù)(無誤差)為N=()×2+(TH0)×20+(T)故被測頻(單位:MHz)為f=N/t為便于編程,縮短計算時問,可按這樣的思路設(shè)計計

11、算,的程序:先用R3(高8位),R2(低8位)中存放的二進制數(shù)乘以常數(shù)0FAH(即十進制250),所得積與常數(shù)0F423AH(即1066)相加,所得和再與1內(nèi)容相加,從而求得t的二進制值(若規(guī)定,1,t最大為3字節(jié)二進制數(shù))I再用N的3字節(jié)二進制值除以t,得到以MHz為單位的,二進制值(為純小數(shù))I最后把,的二進制值轉(zhuǎn)換為十進制值,并把小數(shù)點適當右被測信號實施了分頻,右移位數(shù)相應(yīng)減少).由此可見,高精度測頻,編程較復(fù)雜,占用IU時問較多.考文獻1.張友德等.JIl片徽型機原理.應(yīng)用與實驗,1992.電腦.1994(4).動定位程序.電腦,1995(7).(4).(劉偉編發(fā))UR一90型熱電偶(阻)分度電子字典本電子字典是一臺袖珍式數(shù)顯智能儀器,以按鍵輸入查詢代替以往人工查找分度表和計算,以全新的查詢方式方便從事溫度計量,科研和維修人員.功能和特點:?無誤差查詢,等同分度表.S,K,B,R,J,E,T,N,PtlO0,Cu50的溫度一熱電勢(電阻)互為查詢.?查,而