任务56频率计的设计.docx

1、任务56 频率计的设计 5.6 频率计的设计 5.6.1任务介绍频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制等方面都有广泛的应用。在单片机应用系统中，经常需要对一个连续脉冲的频率（周期）进行测量。在实际应用中，对于转速、位移、速度、流量等物理量的测量，一般也是先由传感器转换成脉冲信号，然后再测量频率的方式来实现。本节的任务要求是： 开发板上有一个频率发生器，能够产生250Hz256KHz的方波。利用单片机的定时器测量方波的频率或者周期。5.6.2知识准备 1、测频法频率的定义为：单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量。单片机要完成周期信号的频率测量，根据频率的定义，初学者首先能想

2、到的方法是利用51单片机的1个定时/计数器产生单位时间，然后在单位时间内利用利用另外1个定时/计数器对外界脉冲进行计数。这种方法称为“测频法”。但测频法不是万能的，适合测量高频信号。图5.6.1说明了测频的原理及误差产生的原因。时基信号待测信号 计到7个脉冲比实际多出了0.X个脉冲.丢失（少计一个脉冲） 图5.6.1 测频法误差来源 在图5.6.1中，假设时基信号为1Hz，则用此法测得的待测信号为7Hz。但从图中可以看出，待测信号的频率应为为7.7Hz，误差约有7/7.7=9.1%。这个误差是比较大的。实际上，测量的脉冲个数的误差会在1之间。假设测得的脉冲个数为N，则测量频率的误差最大为=1/

3、（N-1）100%。显然，减少误差的方法，就是增大N。举个例子，假设测频精度为0.1%，所测信号的频率为10Hz，为了达到测量的准确度，时基信号的长度超过100S，显然这是不可行的。因此得出一个初步的结论：测频法只适合于测量高频信号。 2、测周法 测频法不适用于低频信号的测量，低频信号的测量通常采用测周法。测周法顾名思义就是测量脉冲信号的周期，周期与频率呈倒数的关系，求得脉冲信号的周期，频率也就求出来了。51单片机测量脉冲信号的周期，也需要用到2个定时/计数器，其中1个定时/计数器用来对脉冲信号进行计数，另外一个定时/计数器用来测量计数时间内的时间长度。举个例子：定时/计数器0对外接脉冲计数，

4、方式2，自动重装模式，TL0=246，每来10个脉冲，定时/计数器0溢出一次。另外一个定时/计数器从溢出后开始计量时间，到下一次溢出后停止计量时间，这是时间差值就是10个脉冲的周期，然后再除以10，就是一个脉冲的周期。 有了对测频法误差来源的分析，就不难得到测周法误差的来源。脉冲频率越低，周期越长，则测周法的精度越高。 3、频率发生器 开发板上的固定脉冲信号是由数字芯片CD4060产生的。CD4060是14位二进制串行计数器/分频器。开发板中CD4060的晶振是4.096MHz，经过14级分频后，输出10路分频信号（Q4Q14）。开发板只引出了6路分频信号（125Hz、500Hz、2KHz、8

5、KHz、64KHz、128KHz），电路如图5.6.2所示。 图5.6.2 CD4060构成的频率发生器5.6.3 任务实施任务实施中分别给出测频法的实现程序和测周法的实现程序。1、 测频法程序实现测频法程序的工程结构图如图5.6.3所示。Seg7Display.c负责将测量的频率在数码管上显示，共6位数码管。FreqMeasure.c是频率测量模块。5.6.3 测频程序工程结构图（1）主函数Main.c:#include#include MicroDefine.h#include Seg7Display.h#include FreqMeasure.h/*函数名称：main()*功能 ：主函数

6、*入口参数：*出口参数：*说明 ：*/void main() uint Cnt1Ms; /1ms计数器 DelayMs(200); TimerInit(); /定时器初始化 while(1) if(FlagSystem1Ms=1) FlagSystem1Ms=0; Seg7Display(); /扫描数码管 if(+Cnt1Ms=1000) /刷新显示缓冲区 Cnt1Ms=0; FreqToBuffer(Freq); （2）测频模块FreqMeasure.h:#ifndef _FREQMEASURE_H_#define _FREQMEASRUE_H_#include #include Micr

7、oDefine.h#include Seg7Display.h/变量声明extern bit FlagSystem1Ms; /1ms时标信号extern long int Freq; /测量频率值extern bit FlagMeasureOk; /频率测量成功标志位/函数声明extern void FreqToBuffer(long int Num); /频率值更新到缓冲区 extern void TimerInit(void); /定时器初始化#endif FreqMeasure.c#includeFreqMeasure.hbit FlagSystem1Ms=0; /系统1ms时标信号uc

8、har T0OverflowCnt=0; /定时器0溢出次数计数器long int Freq=0; /被测信号频率值bit FlagMeasureOk=0; /频率测量成功标志位/*函数名称：TimerInit()*功能 ：定时器初始化*入口参数：无*出口参数：无*说明 ：定时器0用作计数，定时器1用作定时*/void TimerInit(void) TMOD=0x25; /定时器1：0010,定时，方式2；定时器0:0101,计数，方式1 TH0=TL0=0x00; /定时器0初值 TH1=TL1=56; /定时器1初值 ET0=ET1=EA=1; /开定时器中断 TR0=TR1=1; /开

9、定时器/*函数名称：Num_To_DispBuff()*功能 ：待显示值传递给显示缓冲区*入口参数：待显示值*出口参数：无*说明 ：*/void FreqToBuffer(long int Num) uchar i,j=5; for(i=0;i=4) /1ms到 Cnt200us=0; FlagSystem1Ms=1; if(+Cnt1Ms=1000) /1s到 Cnt1Ms=0; Timer0Value=TH08+TL0; /取定时器0的计数值 TH0=TL0=0x00; /定时器0清空 Freq=T0OverflowCnt16+Timer0Value; /计算频率值 T0OverflowC

10、nt=0; /定时器0溢出次数清零 FlagMeasureOk=1; /频率测量成功 程序解释： 测频程序用到了2个定时/计数器，定时/计数器0用来对脉冲计数，16位计数器，方式1模式；定时/计数器1用来产生时基信号（1秒），8位定时器，方式2。 在定时/计数器0的中断函数中，记录溢出次数，如果1S内外接脉冲个数超过65536，则定时/计数器0会溢出。定时/计数器1主要用于产生1秒的时基信号，1秒到，则一次测频完成。定时/计数器0的初值为0，如果定时/计数器0在1S内没有溢出，则外接脉冲的个数=TH0*256+TL0。如果溢出了，则外接脉冲的个数=溢出次数*65536+TH0*256+TL0。

11、计算出频率值后，定时/计数器0的初值和溢出次数要重新置0，为下一次测频做准备，同时频率测量成功标志位置1。刷新缓冲区函数中，频率值的分解和以前的写法不一样，初学者自己分析。2、 测周法程序实现测周法的程序和测频法的程序结构一样，功能模块包括数码管扫描和周期测量。数码管扫描省略。（1）主函数Main.c:#include#includeMicroDefine.h#includeMeasurePeriod.h#includeSeg7Display.h /*函数名称：main()*功能 ：主函数*入口参数：无*出口参数：无*说明 ：*/void main() unsigned long int Fr

12、eq; DelayMs(200); TimerInit(); /定时器初始化 while(1) if(FlagMeasureOk=1) /测量成功 FlagMeasureOk=0; Freq=(unsigned long int)T1Cnt*100+(T1Num-156); /100个脉冲的周期 Freq=1000000000/Freq; /换算成频率 FreqToBuffer(Freq); /刷新缓冲区 程序解释：在主函数中，完成100个脉冲的周期计算，换算成频率，并更新缓冲区。周期的计算在周期测量模块详细解释。（2）周期测量模块MeasurePeriod.h#ifndef _MEASURE

13、PERIOD_H_#define _MEASUREPERIOD_H_#include #include MicroDefine.h#include Seg7Display.h/变量声明extern uchar T1Num; /定时器1低八位暂存值extern uint T1Cnt; /定时器1溢出次数暂存值extern bit FlagMeasureOk; /周期测量完成标志位extern bit FlagSystem1Ms; /1ms时标信号/函数声明extern void FreqToBuffer(unsigned long int Num); /缓冲区刷新extern void Time

14、rInit(); /定时器初始化#endif MeasruePeriod.c:#include MeasurePeriod.h uint T1OverflowCnt=0; /定时器1溢出次数uchar T1Num=0; /定时器1低八位暂存值uint T1Cnt=0; /定时器1溢出次数暂存值bit FlagMeasureOk=0; /周期测量完成标志位bit FlagSystem1Ms=0; /系统时标信号/*函数名称：TimerInit()*功能 ：定时器初始化*入口参数：无*出口参数：无*说明 ：定时器0用作计数，定时器1用作定时*/void TimerInit() TMOD=0x26;

15、 /高四位：0010，定时器1，定时模式，自动重装 /低四位：0110，定时器0，计数模式，自动重装 TH0=TL0=156; /定时器0计数100次溢出 TH1=TL1=156; /定时器1 100us溢出一次 ET0=ET1=1; EA=1; TR0=TR1=1;/*函数名称：FreqToBuffer()*功能 ：待显示值传递给显示缓冲区*入口参数：待显示值*出口参数：无*说明 ：*/void FreqToBuffer(unsigned long int Num) uchar i,j=5; for(i=0;i=10) /1ms到 Cnt100us=0; Seg7Display(); /数码

16、管扫描 程序解释： 测周法与测频法一样，都用到了2个定时/计数器。这两个定时/计数器都配置为自动重装模式，初值都为156，不同的是定时/计数器0是用来计脉冲个数的，作为计数器来使用，每100个脉冲（256-156=100），定时/计数器0会溢出，在其中断函数中，计算100个脉冲的累计周期。定时/计数器1作为定时器来使用，100us溢出一次（单片机晶振为12M），在其中断函数中记录溢出次数，同时每间隔1ms，扫描数码管。 在定时/计数器0的中断函数中，记录定时/计数器1的TL1值和定时/计数器1的溢出次数，然后把TL1复位到初值156，溢出次数清零，为一下次测量做准备，100个脉冲的周期=T1Cnt*100+(T1Num-156)。最后，周期测量成功标志位置位，周期和频率的换算在main.c中完成。