基于单片机的等精度频率计设计
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单片机开发与应用
文章编号：１００８－０５７０（２００７）０９－２－－，０１５２－０３
中文核心期刊‘微计算机信患）（嵌入式与￥ＯＣ）２００７年第２３卷第９．２期
基于单片机的等精度频率计设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｑ７ｕａｌ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｆｌ，大连轻工业学院；２．大连海事大学自动化所）李宝营‘赵永生２祖龙起１牛悦苓１
Ｕ百度文库ＢＡＯＹＩＮＧ ＺＨＡＯ ＹＯＮＧＳＨＥＮＧ ＺＵ ＬＯＮＧＱＩ ＮＩＵ ＹＵＥＬＩＮＧ
摘要：本文采用单片机ＡＴ８９Ｃ５２作为乐境控制单元．辅以适当的较、硬件量源完成攫单片机为敏心的等精度频率计设计。通
过单片机时同步门的控制。使被洲信号和标准信号在闸门时阃内同步测量，为了提高精度。将传统的测箍功能转为翊４用期，
ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｍｐ］ｅｒｅ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗｈｉｃｈ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌ＇ｅ ｏｆ ｓｉｎｇｈ ｃｈＳｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＴｌｌＩ“ｇｈ
ｔｈｅ画ｎ出ｅ ｃｈｉｐ ｏｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇａｔｅ， ａｃｔｕａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒａｄ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ８ｔａＩｌｄＢｒｄ ｓｉｇｎａ］’Ｂ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅ
一１５２—３６０．，Ｔｒ．Ｉ．Ｆ局订阅号；８２－９４６匪面亟叠垂量垂壹垂亟圃 万方数据
豳的论文得割两院院士美淘
单片机开发与应用
也不是马上停止计数，而是在被测信号的下一个上升沿停止计 数。即在实际闸门时间计数，从而提高了测量精度。
由于采用Ｄ触发器实现的同步门的同步作用。事件计数器 所记录的Ｎｘ值已不存在误差的影响．但由于时钟信号与闸ｆ－１ 的开和关无确定的相位关系。时间计数器所记录的ＮＯ的值仍 存在±ｌ误差的影响．只是由于时钟频率很高，误差的影响很小。 所以在全频段的测量精度是均衡的，从而宴现等精度频率潮量。
成的计数器清军．一次计数完成后单片机通过控制两片 ７４Ｉｓ２４４读取被测信号与标准信号的低８位计数值，高位计数 值在单片机的１０、Ｔｌ中。然后单片机对计数值进行运算处理， 并进出显示。ＡＴ８９Ｃ５２ ＰＩ．３、Ｐ１．４、Ｐ１．５和Ｐ１．６用于和串行接 口８位ＬＥＤ数码管及键盘控制芯片ＨＤ７２７９Ａ的连接．控制和
图３频率测量程序流程
４结束语
奉文作者创新点：采用单片机Ａ１『８９Ｃ５２作为系统控制单
元。辅以适当的软、硬件资源完成以单片机为核心的等精度频 率计设计．实现频率的等精度测量。设计采用标准时基信号为
１０ＭＨ ｚ．也可以在晶振部分加一分频电路．根据不同的被测频率
调整不同的标准信号频率；等精度频率计不仅可以测量频率。
兰鼍辐美ｉ罂Ｓ。豫建垂｝～＝＝＝到型国ｌ回厨旧国国国Ｉ
萨气ＩＬ ＿
｜｜
ｏ
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图２等精度频率计的硬件电路原理图
３软件设计
系统软件的设计主要是和硬件电路相结合，正确地实现等 精度测量。整个系统软件的设计采用了自顶向下的模块化的结 构方式．将各十功能分成独立模块．由系统的程序统一管理执 行。它主要完成各种功能，如测量、数据运算、显示等。如图４所 示为频率测量主程序流程图，在计数前对计数器清零。然后．发 出命令打开闸门进入闸门时间．计数器在闸门时间内计数。延时 子程序结束后，发出命令美闭闸门使计数器停止计数；单片机再 依照程序读取计数器的值。并与单片机内部计数器所计的值合 并在一起。由公式（１），即被测频率ｆｆ－ｆ＃Ｎ，ｆＮＱ来进行运算，由于
１．２等精度频率计计数测量误差
由上述测量原理可知。公式ｆ＝－－－－ｆｏｘＮ．／Ｎｏ成立。设所测频率的 准确值为ｆ加在一次测量中，由于ｅ计数的起停时间是由该信 号的上升沿控翩的，因此，在Ｔ时间内对￡的计敷Ｎｘ无误差。 在此时间内毛的计数Ｎ０最多相差一个脉冲，即△Ｎｏ≤ｄ．刷下 式成立：
ＵＮ，＝ｆ４Ｎｏ
ｆ”ｑｕｅｎｃｙ ｍｃ．ａｇｕ／ｅ ｃａｎ＊
ｍｏｖｅ ｔｈｅ ｅｎ＇ｏｘｓ“ｕｎｌｔａｇｅ ａｎｄ ｋｅｅｐ １ｌＩｅ ｈｉｇｈ舯ｃＩＩｒａｃｙ ｃｏｎｓｔｎｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ鸵掣姆ｍ．Ｓｏ ｔｈｅ面ｇｒＩａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈａｓ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｍｕｌｔｌｃｙｃｌｅ钾璀岫帅ｅ嬲ⅡｒｉⅡｇ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｓ ｈｉｇｈ ｏｒ ｌｏｗ ｃａｎ’ｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｔｓ ａｃｃｕｒａｃｙ．
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ
ｉｎｔｅｌｌｉｇｅ毗ｃｏｎｔｚｏ］． （１１６０３４辽宁大连大连轻工业学院信息科学与工程学院） 李宝营祖龙超牛悦苓 （１１６０２６辽宁大建大连海事大学自动化惭）赵永生 （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｄａｌｌａｎ Ｉｎｓｔｉ· ｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０３４，Ｃｈｉｎａ）Ｌｉ ＢａｏＹｉｎｇ Ｚｕ ＬｏｎｇＱｉ Ｎｉｕ ＹｕｅＬｉｎｇ
其测苎璧碧：羔度寰？之堡差堡苎芝堡掣￡置的竺用：…… 传统的测颡方法有直接测额法和测周法，在一定的闸门时
而降低．在实用中有较大的局限性．而等精度频率计不但具有较 高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。
圈ｌ等精度频率测量…原理图
：兰篓竺竺燮ｋ～………。主要黧纂黧糍裟嚣篙黧焉：：霎
。．差三竺譬测登要苎竺篓兰！竺翌苎篓要矍鐾篓翌竺量罂兰 盏；：蒿若翟；毳磊：蒹磊爵蔷；品箱美￡夏荔孑至ｉ；；精 竺苎苎要竺：慧竺繁多竺望冀竺篓篓竺篓：苎茎ｉ釜：釜；芋磊茹蒜菇■………～ 率的降低而降低·测周法的涓量精度将随被测信号蓣率的升高 体“。主；；ｆ描薹蔷Ｚ”二；；保证了被涮信号和时基信号的
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｑｌｌ＿ｌ ａｃｃｕｒａｃｙ打ｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｔｅｒ。ＡＴ８９Ｃ５２ ｓｉｎｇｌｅ ｅｌｄｐ
引言
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微 机的出现和发展．使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及 自动化术平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传 统概念的新一代铡量仪器。频率计广泛采用了高速集成电路和 大规模集成电路．使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生 了重大的变化。传统的频率计测量误差较大，等精度频率计以
ＹｏｎｇＳ吨 （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｌｎｓｔｉｔｕｔｅ’Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｄａｌｉａｎ １１６０２６．Ｃｍｎａ）Ｚｈａｏ
通讯地址：（１１６０３４辽宁大连轻工业学院信息科学与工程学 院电信蕞）李宝曹
（收稿日期：２０ｎ７．７．２３）（修稿日期；２００７．８．２５）
ＩＯＭＨｚ石英晶体振荡器来提供测量所需要的标准脉冲信号。键 盘与数码显示部分采用串行接口方式８位ＬＥＤ数码管及６４键 键盘管理芯片ＨＤ７２７９Ａ与单片机连接．驱动八位ＬＥＤ共阴极
数码管和键盘接１２１，键盘与数码显示部分主要完成测量功能的 选择和测量频率的数据显示。
２．２测量过程
ＡＴ８９Ｃ５２单片机的Ｐ１．３引脚发出复位信号．使两个计数器 清零，同时Ｐ１．１也发出复位信号，使同步门控制器的矿端为低 电平．则主门１和主门２都关闭。这时ＰＩ．０的初始状态为“ｌ”． 使Ｄ触发器的Ｄ端为高电平。根据Ｄ触发器的功能，可端与Ｄ 端的逻辑状态不同，触发器处于ｆｊＩ镄状态，这时被测信号即使到
管理键盘及显示。同步门控耐电路主要由Ｄ触发器７４Ｌ５７４（瓦１ 步门控制１、六反相器７４ＬＳ０４和二输人或非门７４ＬＳ０２组成（主 门１、主门２）。主门ｌ控制被测信号盘的通过。主门２控制时钟 信号Ｉｏ的通过，两门的启闭都由同步门控制电路控制。计数器 包括事件计数器和时间计数器两部分，它们是两组完全相同的 计数电路。分别由前后两级组成。前级由双４位异步计数器 ７４ＬＳ３９３级联构成八位二进制计数器：后级由ＡＴ８９Ｃ５２单片机 内的定时，计数器构成十六位二进制计数器。标准信号部分采用
达ＣＫ端．也不能使其触发翻转，保证了同步门可靠关闭。 ＡＴ８９Ｃ５２单片机的ＰＩ．０从高电平跳到低电平，使Ｄ触发器的Ｄ 端为叼”，这样可端与Ｄ端的逻辑状态相同．触发器解除闭锁， 这时披测信号一旦到达ＣＫ端，触发器立即翻转。Ｑ由～”变为 。ｌ”。于是同步门被打开，被测信号和时间信号分别进入到相应 的计数器进行计数。ＰＩ．０从高电平跳到低电乎的同时．也启动 了计时系统开始计量闸门时间。当预定的闸门时间结束时，使 ＰＩ，０又从低电平恢复剜高电平。Ｄ触发器再次解除ｆｊＩ锁。随后紧 跟而来的被测信号再次触发Ｄ触发器使之翻转，可端由高电平 转为低电平，使同步门关闭．计数器停止计数。
（９）
其中：
Ｎｏ＝眦Ｉ
（１０）
由此可知，增大Ｔｂ或提高‘，可以增大Ｍ，减少测量误差．
提高测 量精度；相对测量误差与被测信号频率的大小无关，仅
与取样时问及时基信号ｆ标准信号）频率有关．可以实现被测频
带内的等精度测量；取样时间越长，时基信号频率越高，分辨
率越高。
２等精度测频的硬件电路设计及测
量过程
２．１硬件电路设计 等精度测频的硬件电路如图２所示。其主要由以下几部分 组成：单片机控制部分、同步门控制电路、计数和键盘与显示电 路。单片机控制部分主要完成测量过程的控制、测量结果的处 理和显示。单片机选用＾Ｂ９Ｃ５２，其中ＰＩ．０用于控制同步门Ｄ 触发器７４ＬＳ７４产生同步的闸门信号．Ｐ１．２用于对７４ＬＳ３９３组
万方数据
（奎蛋自控霸邮局订阅号：８２．９４６ ａ６０元，年一１５３—
单片机开发与应用
中文核心期刊‘微计算机信息）（嵌入式与ＳＯＣ）２００７年第２３卷第９－２期
精度要求，Ｎ：和Ｎｏ都南２４位二进制散米计数。因此，要在单片 机内部进行多字节无符号二进制数的乘法和除法运算，并将运 算结果转换戚ＢＣＤ码，显示运算结果。
（１）
￡０悄ｘ＝“唧一△Ｎ０
（２）
由此可分别推得： 毕伍州曲，ｄＬ
（３）
纠“科一△Ｎ胡ｘＮ．
（４）
将式０用式吲凇囝整理后可得：△ｆ』庐一△Ｈｒ棚ｏ 根据相对误差公式有：Ａｆｄｆ∞尹＿ｆ矿●一艚４
（５）
（６）
因为
Ｉ△Ｎ一≤。
∽
所以
ＩＡＮＪ／Ｎｏ一＜１／Ｎｏ
（８）
即相对误差：１８ｔｌｚＡｆｍ陌勒≤ＵＮ，
采用多用期同步测量技术。妾现了等精度潮量。等精度颤丰洲量方法消徐了量化误差，可以在整十测试帮段内保持高精度 不变．其精度不奢固被潮信号麓率的高低而发生变化。
关键词：等精度轾辜计；单片机；多周期同步测量
中图分类号：１１Ｐ螂．１
文献标识码：Ａ
Ⅲｔｅｏｏｕｒｃｍｏ ｔｈｅ州ａｃｃｕｒａｃｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡＴ８９Ｃ５２∞ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ。ｍｉｓｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ。ｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ａｎｄ ｈａｒｄ－
还可以测量周期、相位和用于计数，只要编写相应的程序变可 实现相应的功能。经过实验测试后，等精度频率计运行可靠；该
等精度频率计可用于工程领域的高速计数场合，预计可以产生 ２０万元左右的经跻效益。 参考文献
【１１赵茂泰．智能仪器原理及应用［＾Ｉ】．北京：电子工业出版社． ２（Ｄ４：１９６—２０４
圆周航慈，朱兆优，李跃忠．智能仪器原理及应用【Ｍ】．北京：北 京航空航天大学出版社．２００５：２２０－２２３ ｐ】罗兴垅，黄龙胜．基于ＡＴ８９Ｃ５１控制的０．０１。Ｃ数显温度计的设 计Ⅱ１微计算机信息２００６，２２，５－２：７０－７２ 【４】潘松，黄继业．ＥＤＡ技术适用教程［明．北京：科学出版社，
０ｆ酬ａｃｃｕｒａｃｙ ｉａ ｓｈ，ｏｂｅ ｔｉｍｅ．Ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ａｃｅｍａｃｙ，ｉｔ ｔｕｎｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｍｍｔ ｉｎｔｏ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ａｃｔｕａｌｉｚｅｓ ｅｑｌｌａＩ ａｃｃｕｒａｃｙ
ｍｅａｓｕｒｅ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｕｈｉｃｙｃｌｅ Ｓｙｎｃｈｒｏ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ
文章编号：１００８－０５７０（２００７）０９－２－－，０１５２－０３
中文核心期刊‘微计算机信患）（嵌入式与￥ＯＣ）２００７年第２３卷第９．２期
基于单片机的等精度频率计设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｑ７ｕａｌ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｆｌ，大连轻工业学院；２．大连海事大学自动化所）李宝营‘赵永生２祖龙起１牛悦苓１
Ｕ百度文库ＢＡＯＹＩＮＧ ＺＨＡＯ ＹＯＮＧＳＨＥＮＧ ＺＵ ＬＯＮＧＱＩ ＮＩＵ ＹＵＥＬＩＮＧ
摘要：本文采用单片机ＡＴ８９Ｃ５２作为乐境控制单元．辅以适当的较、硬件量源完成攫单片机为敏心的等精度频率计设计。通
过单片机时同步门的控制。使被洲信号和标准信号在闸门时阃内同步测量，为了提高精度。将传统的测箍功能转为翊４用期，
ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｍｐ］ｅｒｅ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗｈｉｃｈ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌ＇ｅ ｏｆ ｓｉｎｇｈ ｃｈＳｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＴｌｌＩ“ｇｈ
ｔｈｅ画ｎ出ｅ ｃｈｉｐ ｏｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇａｔｅ， ａｃｔｕａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒａｄ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ８ｔａＩｌｄＢｒｄ ｓｉｇｎａ］’Ｂ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅ
一１５２—３６０．，Ｔｒ．Ｉ．Ｆ局订阅号；８２－９４６匪面亟叠垂量垂壹垂亟圃 万方数据
豳的论文得割两院院士美淘
单片机开发与应用
也不是马上停止计数，而是在被测信号的下一个上升沿停止计 数。即在实际闸门时间计数，从而提高了测量精度。
由于采用Ｄ触发器实现的同步门的同步作用。事件计数器 所记录的Ｎｘ值已不存在误差的影响．但由于时钟信号与闸ｆ－１ 的开和关无确定的相位关系。时间计数器所记录的ＮＯ的值仍 存在±ｌ误差的影响．只是由于时钟频率很高，误差的影响很小。 所以在全频段的测量精度是均衡的，从而宴现等精度频率潮量。
成的计数器清军．一次计数完成后单片机通过控制两片 ７４Ｉｓ２４４读取被测信号与标准信号的低８位计数值，高位计数 值在单片机的１０、Ｔｌ中。然后单片机对计数值进行运算处理， 并进出显示。ＡＴ８９Ｃ５２ ＰＩ．３、Ｐ１．４、Ｐ１．５和Ｐ１．６用于和串行接 口８位ＬＥＤ数码管及键盘控制芯片ＨＤ７２７９Ａ的连接．控制和
图３频率测量程序流程
４结束语
奉文作者创新点：采用单片机Ａ１『８９Ｃ５２作为系统控制单
元。辅以适当的软、硬件资源完成以单片机为核心的等精度频 率计设计．实现频率的等精度测量。设计采用标准时基信号为
１０ＭＨ ｚ．也可以在晶振部分加一分频电路．根据不同的被测频率
调整不同的标准信号频率；等精度频率计不仅可以测量频率。
兰鼍辐美ｉ罂Ｓ。豫建垂｝～＝＝＝到型国ｌ回厨旧国国国Ｉ
萨气ＩＬ ＿
｜｜
ｏ
．１
１『Ｉ ｌ『Ｉ
一Ｌｕ Ｌｕ ｉ ４
ｌ●ｌ
ｍ一＇ 小 加 小 廓 小 廓 小
图２等精度频率计的硬件电路原理图
３软件设计
系统软件的设计主要是和硬件电路相结合，正确地实现等 精度测量。整个系统软件的设计采用了自顶向下的模块化的结 构方式．将各十功能分成独立模块．由系统的程序统一管理执 行。它主要完成各种功能，如测量、数据运算、显示等。如图４所 示为频率测量主程序流程图，在计数前对计数器清零。然后．发 出命令打开闸门进入闸门时间．计数器在闸门时间内计数。延时 子程序结束后，发出命令美闭闸门使计数器停止计数；单片机再 依照程序读取计数器的值。并与单片机内部计数器所计的值合 并在一起。由公式（１），即被测频率ｆｆ－ｆ＃Ｎ，ｆＮＱ来进行运算，由于
１．２等精度频率计计数测量误差
由上述测量原理可知。公式ｆ＝－－－－ｆｏｘＮ．／Ｎｏ成立。设所测频率的 准确值为ｆ加在一次测量中，由于ｅ计数的起停时间是由该信 号的上升沿控翩的，因此，在Ｔ时间内对￡的计敷Ｎｘ无误差。 在此时间内毛的计数Ｎ０最多相差一个脉冲，即△Ｎｏ≤ｄ．刷下 式成立：
ＵＮ，＝ｆ４Ｎｏ
ｆ”ｑｕｅｎｃｙ ｍｃ．ａｇｕ／ｅ ｃａｎ＊
ｍｏｖｅ ｔｈｅ ｅｎ＇ｏｘｓ“ｕｎｌｔａｇｅ ａｎｄ ｋｅｅｐ １ｌＩｅ ｈｉｇｈ舯ｃＩＩｒａｃｙ ｃｏｎｓｔｎｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ鸵掣姆ｍ．Ｓｏ ｔｈｅ面ｇｒＩａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈａｓ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｍｕｌｔｌｃｙｃｌｅ钾璀岫帅ｅ嬲ⅡｒｉⅡｇ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｓ ｈｉｇｈ ｏｒ ｌｏｗ ｃａｎ’ｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｔｓ ａｃｃｕｒａｃｙ．
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ
ｉｎｔｅｌｌｉｇｅ毗ｃｏｎｔｚｏ］． （１１６０３４辽宁大连大连轻工业学院信息科学与工程学院） 李宝营祖龙超牛悦苓 （１１６０２６辽宁大建大连海事大学自动化惭）赵永生 （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｄａｌｌａｎ Ｉｎｓｔｉ· ｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０３４，Ｃｈｉｎａ）Ｌｉ ＢａｏＹｉｎｇ Ｚｕ ＬｏｎｇＱｉ Ｎｉｕ ＹｕｅＬｉｎｇ
其测苎璧碧：羔度寰？之堡差堡苎芝堡掣￡置的竺用：…… 传统的测颡方法有直接测额法和测周法，在一定的闸门时
而降低．在实用中有较大的局限性．而等精度频率计不但具有较 高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。
圈ｌ等精度频率测量…原理图
：兰篓竺竺燮ｋ～………。主要黧纂黧糍裟嚣篙黧焉：：霎
。．差三竺譬测登要苎竺篓兰！竺翌苎篓要矍鐾篓翌竺量罂兰 盏；：蒿若翟；毳磊：蒹磊爵蔷；品箱美￡夏荔孑至ｉ；；精 竺苎苎要竺：慧竺繁多竺望冀竺篓篓竺篓：苎茎ｉ釜：釜；芋磊茹蒜菇■………～ 率的降低而降低·测周法的涓量精度将随被测信号蓣率的升高 体“。主；；ｆ描薹蔷Ｚ”二；；保证了被涮信号和时基信号的
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｑｌｌ＿ｌ ａｃｃｕｒａｃｙ打ｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｔｅｒ。ＡＴ８９Ｃ５２ ｓｉｎｇｌｅ ｅｌｄｐ
引言
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微 机的出现和发展．使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及 自动化术平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传 统概念的新一代铡量仪器。频率计广泛采用了高速集成电路和 大规模集成电路．使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生 了重大的变化。传统的频率计测量误差较大，等精度频率计以
ＹｏｎｇＳ吨 （Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｌｎｓｔｉｔｕｔｅ’Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｄａｌｉａｎ １１６０２６．Ｃｍｎａ）Ｚｈａｏ
通讯地址：（１１６０３４辽宁大连轻工业学院信息科学与工程学 院电信蕞）李宝曹
（收稿日期：２０ｎ７．７．２３）（修稿日期；２００７．８．２５）
ＩＯＭＨｚ石英晶体振荡器来提供测量所需要的标准脉冲信号。键 盘与数码显示部分采用串行接口方式８位ＬＥＤ数码管及６４键 键盘管理芯片ＨＤ７２７９Ａ与单片机连接．驱动八位ＬＥＤ共阴极
数码管和键盘接１２１，键盘与数码显示部分主要完成测量功能的 选择和测量频率的数据显示。
２．２测量过程
ＡＴ８９Ｃ５２单片机的Ｐ１．３引脚发出复位信号．使两个计数器 清零，同时Ｐ１．１也发出复位信号，使同步门控制器的矿端为低 电平．则主门１和主门２都关闭。这时ＰＩ．０的初始状态为“ｌ”． 使Ｄ触发器的Ｄ端为高电平。根据Ｄ触发器的功能，可端与Ｄ 端的逻辑状态不同，触发器处于ｆｊＩ镄状态，这时被测信号即使到
管理键盘及显示。同步门控耐电路主要由Ｄ触发器７４Ｌ５７４（瓦１ 步门控制１、六反相器７４ＬＳ０４和二输人或非门７４ＬＳ０２组成（主 门１、主门２）。主门ｌ控制被测信号盘的通过。主门２控制时钟 信号Ｉｏ的通过，两门的启闭都由同步门控制电路控制。计数器 包括事件计数器和时间计数器两部分，它们是两组完全相同的 计数电路。分别由前后两级组成。前级由双４位异步计数器 ７４ＬＳ３９３级联构成八位二进制计数器：后级由ＡＴ８９Ｃ５２单片机 内的定时，计数器构成十六位二进制计数器。标准信号部分采用
达ＣＫ端．也不能使其触发翻转，保证了同步门可靠关闭。 ＡＴ８９Ｃ５２单片机的ＰＩ．０从高电平跳到低电平，使Ｄ触发器的Ｄ 端为叼”，这样可端与Ｄ端的逻辑状态相同．触发器解除闭锁， 这时披测信号一旦到达ＣＫ端，触发器立即翻转。Ｑ由～”变为 。ｌ”。于是同步门被打开，被测信号和时间信号分别进入到相应 的计数器进行计数。ＰＩ．０从高电平跳到低电乎的同时．也启动 了计时系统开始计量闸门时间。当预定的闸门时间结束时，使 ＰＩ，０又从低电平恢复剜高电平。Ｄ触发器再次解除ｆｊＩ锁。随后紧 跟而来的被测信号再次触发Ｄ触发器使之翻转，可端由高电平 转为低电平，使同步门关闭．计数器停止计数。
（９）
其中：
Ｎｏ＝眦Ｉ
（１０）
由此可知，增大Ｔｂ或提高‘，可以增大Ｍ，减少测量误差．
提高测 量精度；相对测量误差与被测信号频率的大小无关，仅
与取样时问及时基信号ｆ标准信号）频率有关．可以实现被测频
带内的等精度测量；取样时间越长，时基信号频率越高，分辨
率越高。
２等精度测频的硬件电路设计及测
量过程
２．１硬件电路设计 等精度测频的硬件电路如图２所示。其主要由以下几部分 组成：单片机控制部分、同步门控制电路、计数和键盘与显示电 路。单片机控制部分主要完成测量过程的控制、测量结果的处 理和显示。单片机选用＾Ｂ９Ｃ５２，其中ＰＩ．０用于控制同步门Ｄ 触发器７４ＬＳ７４产生同步的闸门信号．Ｐ１．２用于对７４ＬＳ３９３组
万方数据
（奎蛋自控霸邮局订阅号：８２．９４６ ａ６０元，年一１５３—
单片机开发与应用
中文核心期刊‘微计算机信息）（嵌入式与ＳＯＣ）２００７年第２３卷第９－２期
精度要求，Ｎ：和Ｎｏ都南２４位二进制散米计数。因此，要在单片 机内部进行多字节无符号二进制数的乘法和除法运算，并将运 算结果转换戚ＢＣＤ码，显示运算结果。
（１）
￡０悄ｘ＝“唧一△Ｎ０
（２）
由此可分别推得： 毕伍州曲，ｄＬ
（３）
纠“科一△Ｎ胡ｘＮ．
（４）
将式０用式吲凇囝整理后可得：△ｆ』庐一△Ｈｒ棚ｏ 根据相对误差公式有：Ａｆｄｆ∞尹＿ｆ矿●一艚４
（５）
（６）
因为
Ｉ△Ｎ一≤。
∽
所以
ＩＡＮＪ／Ｎｏ一＜１／Ｎｏ
（８）
即相对误差：１８ｔｌｚＡｆｍ陌勒≤ＵＮ，
采用多用期同步测量技术。妾现了等精度潮量。等精度颤丰洲量方法消徐了量化误差，可以在整十测试帮段内保持高精度 不变．其精度不奢固被潮信号麓率的高低而发生变化。
关键词：等精度轾辜计；单片机；多周期同步测量
中图分类号：１１Ｐ螂．１
文献标识码：Ａ
Ⅲｔｅｏｏｕｒｃｍｏ ｔｈｅ州ａｃｃｕｒａｃｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡＴ８９Ｃ５２∞ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ。ｍｉｓｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ。ｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ａｎｄ ｈａｒｄ－
还可以测量周期、相位和用于计数，只要编写相应的程序变可 实现相应的功能。经过实验测试后，等精度频率计运行可靠；该
等精度频率计可用于工程领域的高速计数场合，预计可以产生 ２０万元左右的经跻效益。 参考文献
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０ｆ酬ａｃｃｕｒａｃｙ ｉａ ｓｈ，ｏｂｅ ｔｉｍｅ．Ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ａｃｅｍａｃｙ，ｉｔ ｔｕｎｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｍｍｔ ｉｎｔｏ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ａｃｔｕａｌｉｚｅｓ ｅｑｌｌａＩ ａｃｃｕｒａｃｙ
ｍｅａｓｕｒｅ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｕｈｉｃｙｃｌｅ Ｓｙｎｃｈｒｏ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ