脉冲数字频率计

（ １ ） 信 号放大整形模块 。由于单 片机 只能处理方波， 因此 开外部中断， 用 Ｄ触发器进行信号与计数器的 同步， 测量信号 对 于 各 种 形状 的 小信 号 我 们 需要 一个 信 号 放 大 整 形模 块 先 对 周 期 ， 即对 计 数 器 内部 时钟 （ 频率为 １ ＭＨ Ｚ ） 进行计数 。 其进行放大整形， 本设计放大部分采用放大器 ， 整形部分采用 其 中计 数子 程序 的功 能是 定 时俐‘ 数器Ｔ Ｏ进 行 １ Ｓ的定 时 ， １ 在这 １ ｓ 的时间里对外部待测信号进行计数， 并读出计数值。 施密特触发器 ， 将这些未知的小信号放大整形成方波 ， 以便单 Ｔ 片机 能够进行处理。 这里 Ｔ Ｏ 、 Ｔ １ 都工作在方式 １ （ １ ６位的定时计数器） ， Ｔ Ｏ 允许中 （ ２ ） 分频处理模块。 本设计采用四片 ７ ４ Ｌ Ｓ ９ ０ 级联的方式实现 断 。１ Ｓ的 实现 方 法 为 １ Ｓ ＝ ０ ． ０ ５ Ｓ ￣ ２ ０ ，也就 是 让 定 时／ 计数 器 Ｔ Ｏ 分频。将芯片的 Ｃ Ｐ ２ 管脚与 Ｏ ０ 管脚相连， 计数脉冲由 Ｃ Ｐ １ 管脚 对 内部时钟计数 ５ ０ ０ ０ ０次， 即实现 ０ ． ０ ５ Ｓ的定时， 再循环 ２ ０次 输入， Ｑ ３ 、 Ｑ ２ 、 Ｑ１ 、 Ｑ ｏ 管脚作为输出端， 使其构成异步 ８ ４ ２ １ 码的十 刚好 得到 １ Ｓ 。 进 制加法 计数器 。 中断子 程 序 是 在第 一 次 产 生外 部 中 断时 ， 开 启计 数 器 Ｔ １ ， （ ３ ） 数 据 选 择 模 块 。由于 上 面 采 用 了 分频 器 ， 那 么 我们 如 第 二 次 产 生外 部 中 断 时关 闭 Ｔ ｌ ， 并 读 出计 数 值 且换 算 成 频 率 。 何 选 择分 频 器 的分 频 次数 ， 就像 万用 表 有 档位 的 问题 一 样 ， 我 其中 Ｔ ｌ工作 在 方 式 ２ （ ８ 位 自动 重装 方 式 ） ， 允许中断， 每 中断 们 这 就 需 要一 个 数 据 选 择 器 来做 分频 器 的档 位 选 择 ，以保 证 次， 清一次中断标志位 ， 辅助计数器加 １ 。其中 Ｄ触发器在
０ 。 １ Ｈ ｚ － １ ０ ０ ＭＨｚ ， 测量 时对 高 频 信 号 采 用 直接 测量 法 ， 对低 频信 号 采 用 间接 测 量 法 。 关键 词 数字频率计 单片机 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ Ｃ ５ １编 程 文献标识码 ： Ａ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ６ ８ ． １
脉冲数Hale Waihona Puke 字频 率计 师摘 要
环
赵 楚亚
陕 西 ・西安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
（ 长安 大 学信 息 学院
数 字 频 率计 是 近 代 电子 技 术领 域 的 重要 测 量 工 具 之 一 ， 同 时也 是 其 他 许 多领 域 广 泛应 用 的测 量 仪器 。 它 的
主要功能是在规定 的基准 时间内把测量的脉冲数记录下来 ， 换算成频率并 以数字形式显示出来。本文是基 于单片机 设计 的一款能精确测量信号频率的仪器 ， 软件部分采用 Ｃ ５ １ 进行编程 ， 单片机采用 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ 。所测信号频率范围为
少， 误差就会较大， 若要计数次数增多 ， 则 需要增长定时时间。 间 时选 择 １ ０ ０分 频 ， 在 １ ０ 与 １ 之 间 时选 择 １ Ｏ 分频 ， 执 行计 数 例如 ， 对于 ０ ． １ Ｈｚ的信号若要计数 １ ０ ０ ０次 ， 则需要定时时间 子程 序，显示结果 。之所 以这样选择是为 了保证计数器最少 为１ ０ ０ ０ ０ Ｓ ， 显然这是不太现实 的， 所 以这时就需要选择 间接测 可计数 １ ０ ０ ０ 次， 因为计数器在开启与停止时会 出现测量误差， 量 的方 法 ， 即转 而 测 量 它一 个 周 期 所 用 的 时 间 ， 然 后 再 转 化 为 最 少计 数 １ ０ ０ ０ 次 使 得测 量 的 最大 误 差 为￣ ２ ／ １ ０ ０ ０ ， 能达 到精 度
１ 背景 意 义 保 证 单 片 机 定 时 器 的开 启 与 被 测 信 号 的周 期 能够 严 格 同 步 ， 随着科技 的进步 ，为了较好的解决这一 问题人们开始运 特 此添加 了一个 Ｄ触发器作 为同步 电路 ， 并 由单 片机对其进 用 单 片机 测量 频 率 ，它 是 一 种 基 于 时 间或 频 率 的模 数 转 换 原 行控 制 。 理 ，并依 赖 于 数 字 电路 技 术 发 展 起来 的一 种 显 示 被 测 信 号 频 ４软 件 部 分 率 的 数 字 测量 仪 器 。与 传 统 的 测 量方 式相 比 ，运 用 了单 片机 开始 ， 初始化系统然后选择 １ ０ ０ ０ ０分频 （ 原因是待测信号 的 频 率计 有着 体 积 更 小 ， 运 算 速度 更 快 ， 测 量范 围 更 宽的 优 点 ， 的最大频率为 １ ０ ０ ＭＨＺ ， 选择 １ ０ ０ ０ ０分频后， 计数器 １ ｓ能计 更重要的是它 能大大 的降低制作成本 。 得的最大值 １ ０ ０ ０ ０在计数器 的计数范围 ０ ～ ６ ５ ５ ３ ５内， 而选择 ２设 计 思路 小于 １ ０ ０ ０ ０的分频如 １ ０ ０ ０分频 时， 计数器计得 的最大值会超 本设计采 用直接测频法和间接测频法相结合 的方案 ，由 出 计 数 范 围） ， 执 行 计 数 子 程序 ， 即读出 １ Ｓ内计 数 器对 待测 信 于所测信号的频率范围较大为 ０ ． １ Ｈ ｚ ～ １ ０ ０ ＭＨ ｚ ， 若都采用直接 号 计 数 的 数 值 。当 这 个 值 大 于 或 等 于 １ ０ ０ ０时直 接 显 示 计 数 在１ ０ ０ ０与 １ ０ ０之 间 时选 择 １ ０ ０ ０分 频 ， 在 １ ０ ０与 １ ０之 测量 的方法，在一 定的定时时间 内低频信号 的计数次数会很 结 果 ，
频率进行显示。 不大于 １ ％。对 于 小于 １的这 种 情 况 选 择 原信 号 ， 再执 行计 数
３硬件 部 分 主 要 由 以下 几 个模 块 组 成 ：
子 程 序 ，判 断 待 测信 号 的频 率 是 否 大 于 等 于 １ ０ ０ ０ ，大 于等 于 １ ０ ０ ０时 直 接 显 示 结 果 ， 小于 １ ０ ０ ０时 进 行 周 期 的测 量 。 这 时 打