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简单数字频率计设计

基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求:(1)测频率范围:10Hz ~ 10K Hz。为保证测量精度分为三个频段:     10Hz ~ 100 Hz     100Hz ~ 1K Hz     1 K Hz ~ 10K Hz当信号频率超过规定的频段上限时,设有超量程指示。三个频段之间用手动切换。(2)输入波形:低频函数信号发生器输出的矩形波,幅度为3V 。(3)测量误差:σ≤±1%。(4)显示和响应时间:测量结果用三位半导体数码管显示,要求显示数码稳定清晰。三个频段的最大显示数分别为99.9 Hz,999. Hz,9.99 K Hz,为此需要控制小数点位置,并用两个发光二极管分别显示频率单位:Hz 或K Hz,详见表1。
工具/原料

PC机、Keil uVision软件,C8051F330单片机,EC3在线仿真器。

方法/步骤
1

频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。测频法的基本思想是让计数器在闸门信号的控制下计数1秒时间,计数结果是1秒内被测信号的周期数,即被测信号的频率。若被测信号不是矩形脉冲,则应先变换成同频率的矩形脉冲。测频法的原理框图如图所示。图中,秒脉冲作为闸门信号,当其为高电平时,计数器计数;低电平时,计数器停止计数。显然,在同样的闸门信号作用下,被测信号的频率越高,测量误差越小。当被测频率一定时,闸门信号高电平的时间越长,测量误差越小。但是闸门信号周期越长,测量的响应时间也越长。

2

当被测信号频率较低时,为保证测量精度,常采用测周法。即先测出被测信号的周期,再换算成频率。测周法的实质是把被测信号作为闸门信号,在它的高电平的时间内,用一个标准频率的信号源作为计数器的时钟脉冲。若计数结果为N,标准信号频率为f1,则被测信号的周期为               T = T1·N被测信号的频率为               f = 1/T1·N = f1/N利用测周法所产生的最大绝对误差,显然也等于±1个标准信号周期。如果被测信号周期的真值为T真= T1·N,则T测= T1·(N±1)               σmax= (f测-f真)/ f真= T真/T测 – 1=±1/(N±1)由上式可知,对于一定的被测信号,标准信号的频率越高,则N的值越大,因而相对误差越小。

3

低频段的测量鉴于上述困难,对于低频信号,为了达到规定的精度,要采取一些比较特殊的方法。例如,可考虑将被测信号倍频后再用测频法测量。或将闸门信号展宽。由于倍频电路比较复杂,所以一般采用后一种方法,实际上闸门信号展宽与被测信号倍频在效果上是相同的。闸门信号展宽比较容易做到,例如采用分频电路就可以实现。若闸门信号高电平时间从1秒展宽到10秒,则相对误差可以按比例下降,但响应时间也增大相同的比例。

4

显示方式:共用右边四个数码管,左三个显示数据,最右端一个显示单位,为0时单位为Hz,为1时单位为Khz

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代码://#include#include#include#define uint unsigned intuint a,b,c,d;unsigned long  x;unsigned long  count;unsigned char flag=0; void Timer0_Init()interrupt 1{       TH0=(65535-10000)/256;       TL0=(65535-10000)%256;       if(++count==40)         {                 count=0;               TR1=0;              x=TH1*256+TL1;                       TH1=0;             TL1=0;              TR1=1;              flag=1;       }} void show(void){if(x>=10&&x<100){   a=0;   b=x*10%100;   c=x/10;   d=x%10;   ZLG7289_Download(1,7,0,a);   ZLG7289_Download(1,6,0,b);   ZLG7289_Download(1,5,1,d);   ZLG7289_Download(1,4,0,c);   }else if(x>=100&&x<1000){   a=0;   b=x/100;   c=x%100/10;   d=x%10;   ZLG7289_Download(1,7,0,a);   ZLG7289_Download(1,6,1,d);   ZLG7289_Download(1,5,0,c);   ZLG7289_Download(1,4,0,b);   }else if(x>=1000&&x<10000){   a=x/1000;   b=x%1000/100;   c=x%100/10;   d=1;   ZLG7289_Download(1,7,0,d);   ZLG7289_Download(1,6,0,c);   ZLG7289_Download(1,5,0,b);   ZLG7289_Download(1,4,1,a);   } }main(void){  system_init();  systemclk_init();  port_init();   ZLG7289_Init(40);   ZLG7289_Reset();   timer_init();   while(1)  {             if(flag==1)              {                     show();                     flag = 0;              }  }}#include #include void system_init(){       PCA0MD&=~0x40; } void systemclk_init(){   OSCICL=OSCICL+42; //设置内部振荡器为24MHZ   OSCICN|=0x01;   //内部振荡器4分频}void port_init(){        P0SKIP=0x00;       //跳过P0.0做INT0.P0.1做INT1(P0.6,P0.7模拟输出不跳)       P1SKIP=0x00;       //跳过P1.2,P1.3,P1.4        XBR0=0x00;         //交叉开关使能UART0       XBR1=0x60;         //打开交叉开关        //IT01CF=0x10;     //INT0配置在P0.0,INT1配置在P0.1        P0MDIN=0xFF;     //数字输入       P1MDIN=0xFF;        P0MDOUT=0xFF; //推挽       P1MDOUT=0xFF;}void timer_init(){    TMOD=0X51;       TH0=(65535-2500)/256;       TL0=(65535-2500)%256;             EA=1;             ET0=1;       TR1=1;       TR0=1; }#ifndef __port_H_#define __port_H_void system_init(void);void systemclk_init(void);void port_init(void);void timer_init(void);#endif

注意事项
1

掌握单片机片内定时器的使用方法

2

掌握基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法

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