实验五数字频率计设计

必须用模块化方法进行C语言程序设计。
四、实验仪器和设备
PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。
五、实验原理
频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。
（1）测频法
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6所示。
六、程序流程图
七、实验结果与分析
利用函数信号发生器产生各种频率大小在1HZ～10KHZ的方波信号，当频率≥100HZ时，响应时间为约1s，当频率<100HZ时，响应时间约10s。
当频率在10HZ～100HZ时显示格式为xx.x，LED灯0亮起,表示单位是HZ；
当频率在100HZ～1KHZ时显示格式为xxx.，LED灯0亮起，表示单位是HZ；
图可知，无论被测信号的频率是多少，测量时可能产生的最大绝对误差均为±1Hz，即
f测-f真=±1Hz
所以，最大相对误差为
σmax=（f测-f真）/ f真=±1/f真
由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被测信号的频率成反比。因此测频法适合于测量频率较高的信号。
（2）测周法
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
{
bdwtd();//关闭看门狗
SYSCLK_Init();//选用外部时钟，12M
ZLG7289_Init(40);//ZLG芯片初始化
XBR1=0x04;//配置交叉开关，将INT0连到交叉开关
XBR2=0x40;//使能交叉开关
P3MDOUT=0xff;//将P3设置为推挽输出
CKCON=0x00;//定时器时钟选择，用系统时钟12分频
}
else
{
P5=0xfe;
ZLG7289_Download(1,0,0,maichong/100);
ZLG7289_Download(1,1,0,maichong%100/10);
ZLG7289_Download(1,2,1,maichong%100%100%10);
}
}
//当频率小于100时，需要计时十秒，maichong/10就是频率值
delay(20);
while(!(OSCXCN &0x80))
{;}
OSCICN=0x08;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//初始化函数，系统的初始化
void chushihua()
else
{
P5=0xfe;
ZLG7289_Download(1,0,0,maichong/100);
ZLG7289_Download(1,1,1,maichong%100/10);
ZLG7289_Download(1,2,0,maichong%10);
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
（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%。
IE0=0;//中断标志自动清零
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//频率显示函数
void xianshi()
{
//当频率大于100时，maichong值就是频率大小，将其直接按位显示即可
//否则用模式1测量
if(maichong<100)
{
model=1;
}
xianshi();//显示频率
maichong=0;//将脉冲数清零
ms=0;
}
}
else if(ms>=1000)
{
if(maichong>=1000)//判断如果频率大于100就将模式切换到模式0
{
model=0;
}
xianshi();
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。
例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz，如图2-2-2所示。由
（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。
WDTCN=0XAD;
EA=1;
}
#endif
#ifndef _delay_H_
#define _delay_H_
/*
这是一个可以控制延时的头文件，其中的函数可以
延时x*100倍机器时钟
*/
void delay(unsigned char x)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i<x;i++)
TMOD=0x01;//定时器方式设置为方式0
TH0=(65536-10000)/256;//为T0装初值
TL0=(65536-10000)%256;//
TR0=0;//关闭T0
ET0=1;//允许T0中断
PX0=1;//设置INT0为高优先级
EX0=1;//允许INT0中断
IT0=1;//将INT0设置为边沿触发
实验项目名称：数字频率计设计
姓名：雷锋一号学号：123456789班级：通信121实验时间：星期四晚上
姓名：雷锋二号学号：123456789班级：通信121实验地点：407
一、实验目的
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。
二、实验内容
基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求：
//用测频法测量,测量有两种模式
//模式0：当频率大于等于100时，测量1s内的脉冲数，频率就是脉冲数大小
//模式1：当频率小于100时，测量10s内的脉冲数，频率为脉冲数大小的十分之一
void F_measure()
{
if(model==0)
{
if(ms>=100)
{
//判断频率的范围，当用测频率的方法测得频率≥100，继续用模式0测量
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。
TH0=(65536-10000)/256;//定时器初值重载
TL0=(65536-10000)%256;//
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//外部中断0的服务程序，当此中断出现时，说明脉冲数增加1
{
F_measure();//调用测量频率的函数
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//定时器0的溢出中断服务程序
void ser1() interrupt 1 using 2
{
ms++;//ms+1表示时间增加10ms
//定义maichong为记录脉冲数变量
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//外部时钟，12M，需要调用delay()函数
void SYSCLK_Init(void)
{
OSCXCN=0x77;
当频率在1KHZ～10KHZ时显示格式为x.xx，LED灯1亮起,表示单位是KHZ。
各频段实验数据见下表。
输入频率/HZ
实测频率/HZ
相对误差(绝对值)
10
10.0
0
35
35.0
0
72
72.0
0
88
88.3
0.ຫໍສະໝຸດ Baidu4%
105
105
0
365
365
0
852
852
0
1.02K
1.01K
0.98%
3.55K
3.54K
//初始化的显示
void xianshi0()
{
char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
ZLG7289_Download(1,i,0,0);
}
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void ser0()interrupt 0
{
maichong++;
}
各个头文件程序：
#ifndef _bdwtd_H_
#define _bdwtd_H_
/*
这是一个关闭看门狗的头文件，并且开启所有中断，为方便主程序里对
看门狗的处理
*/
void bdwtd(void)
{
EA=0;
WDTCN=0XDE;
{
for(j=0;j<100;j++);
}
}
#endif
0.28%
7.18K
7.16K
0.28%
9.99K
9.97K
0.20%
10K
9.98K
0.20%
实验结论：
通过实验，自主设计了利用测频法测量频率的程序，通过实验数据可知，测频的范围、显示格式以及精度要求都符合实验要求。掌握了单片机片内定时器的使用方法，掌握了基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。但是这种设计方法尚有不足，当频率较低时，利用测频法响应时间太长，以后的设计可以采用低频是测周期大小的方法会更好！
（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。
三、实验说明
通过本实验，掌握单片机片内定时器的使用方法，了解数字频率计的测量原理及测量电路设计方法。掌握基于单片机的数字频率计工作原理与设计方法。
maichong=0;
ms=0;
}
}
void main()
{
chushihua();//系统的初始化
xianshi0();//初始化的显示
ms=0;//闸门时间开始时设为0
model=0;//初始默认用模式0测量
maichong=0;//脉冲数计数变量，初值为0
TR0=1;//开启计时器T0
while(1)//进入死循环
if(model==0)
{
if(maichong>=1000)
{
P5=0xfd;
ZLG7289_Download(1,0,1,maichong/1000);
ZLG7289_Download(1,1,0,maichong%1000/100);
ZLG7289_Download(1,2,0,maichong%1000%100/10);
八、源代码
源代码必须有必要的注释，且要与流程图的逻辑关系对应。
# include<ZLG7289.h>
# include<bdwtd.h>
# include<delay.h>
bit model;//定义一个测试模式标识位，0:测频，1：测周期
unsigned int ms,maichong;//定义ms为计时器计时基本单位，表示10ms