基于C8051F041的高精度频率计设计
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图３ 测 频 主程 序 流 程 图
的 混 合信 号 片上 系 统 型ＭＣ Ｕ，具 有 ３ 个 数 字 Ｉ ２ ／ Ｏ 引脚 和高 精度 可编 程 的２ ． ＭＨ ４５ ｚ内部 振 荡器 ，以
及 ６ Ｂ 片Ｆ Ａ Ｈ存 储 器 。同时 片 内还集 成 了 ４Ｋ 在 ＬＳ
一
３ ． 上 位 机 Ｖ 软 件 ２ Ｂ
本设 计 将 待测 信号 、标 准 信 号 的计 数及 产 生
ｔ ＇ｅｄ ｃ ２ １ ． 电 子 元 器 件 主 用 ２ ｌ Ｗ ｃ￣ ｎ ０ ０２ ｙ ． Ｗ ３
第１卷 ２
第２ 期
电子元 器 件 盔 用
Ｅｌｃ ｒｎ ｃ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ ＆ Ｄ ｖ ｃ ｐ ｉａ ｉｎ ｅ ｔｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅＡｐ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ
围为０ （３ １ ，即０ ４２ ４ ６ ２ ５ ｌ ９ ～ ２２ ） ＿ ～ ． ９ ７ ９ ｘ ０。图３ 示 ９ 所
制 和 串 口Ｒ ２ ２ 信 电路 等 。系 统选 用 高 精度 的 Ｓ ３通
标 准 １ ＭＨ 石英 晶振作 为标 准 信号 源 ．以保 证测 ０ ｚ
频精度 。图２ 所示 是 系统 的总体硬 件设计 框 图 。
为 预 置 门控 制 器 时 间 ，定 时器 Ｔ 用 于 串 口通信 ， １ 计 数器Ｃ 作 为待 测信号计 数 器 ，计 数器Ｃ 作 为基 ３ ４
准频 率 计数 器 。在 主控程 序 中 ，可 将标 准信 号 计
数 值Ⅳ 定 义 为ｕ ｓ ｎ ｄｌｎ ｔ ０ ｎｉ ｅ ｇｉ 型变 量 ，其 计 数 范 ｇ ｏ ｎ
计数 器分 别对 待 测信 号和 标 准信 号 同时计 数 ，再 经运 算 处理 得到 测 量 结果 ，并 由Ｌ Ｄ实 时显 Ｃ
示 ． 同时通过Ｒ ２ ２ 口传 至 上位 机 进行 记 录分析 。 该设 计 方 法与 传统 测 频 系统 相 比 ，具 有 Ｓ３ 串
测频精 度 高 ，速 度快 ，范 围宽等优 点 。
Ｖ ｌ ２ Ｎｏ２ ｏ ＿ ． １ Ｆ ｂ ０ｌ ｅ ．２ ０
２ １ 年２ ０ ０ 月
预置 时 间 、计 算 频 率 值 等 功能 完 全 用Ｃ ０ ｌ ｏ ｌ ８ ５ Ｆ ４ 单片 机来 实现 ，因而 简化 了测量 电路 。整个 频率 测 量 系统 包 括放 大整 形 、Ｌ Ｄ 晶显示 、键 盘控 Ｃ液
杨 明 涛 ，杨 海 明 ，侯 文 郑宾 ，
ｆ． １中北 大学 电子 测 试技 术 国家重 点 实验 室 ，山西 太原 ０ ０５ ； ３ ０ １
２广饶 县信 息产 业局 。山 东 东营 ．
２７０ ） ５ ３ ０
摘 要 ：根 据等 精 度 测频 原 理 ，给 出了采 用Ｃ ０ １ ０ １ 片机 为主控 芯 片的 高精 度 数 字频 率 ８ ５Ｆ ４ 单 计的设 计 方法 。该 方法将 待 测频 率信 号 经过 整 形放 大后 输入 单 片机 ，然后 由单 片机 控 制 内部
它 的实 际 闸门 时间不 是 固定 值 ，而 是待 测 信 号周
数值 ， 为待测信号频率值 ，厂 ０ 为参考 信号频 率值 。
．
期 的整数 倍 ，故 可消 除 对待 测信 号 计数 时 产 生 的
收 稿 日期 ： ０ ９ １ ０ ２ ０ —１ － ３
２ 频 率计 硬 件 电路 设 计
频法 、直接测 周 法 和等精 度 测频 法 。直 接测 频 法 在 高频 段 的精 度较 高 ，但 在 低 频 段 的精 度 较 低 ；
直接 测周 法则恰 恰 相 反 。而等 精度 测 量 法则 可 在 整 个频 率 测量 范 围 内保 持 恒定 的测 量 精度 ，且 测 量精度 也较 高 。 Ｃ ０ １ 单 片 机 是Ｓ Ｃ芯片 ，其 内核 是Ｃ Ｐ ５ ８ ５Ｆ ｏ Ｉ一 １ 微控 制 器 。ＣＰ ５ 采用 流 水线 指令 结 构 ，指令 集 Ｉ一 １
第 １卷 ２
期 ２１ 第 ２ ０年 月 ０ ２
黪
瘗
ＶＪ Ｏ ０２ ． ． Ｎ２ １
Ｆｅ ． ２ Ｏ ｂ ０１
ｄ ｉ Ｏ３ ６ ／ ｉ ｎ１ ６ － ７ ５２ １ ． ． ９ ｏ： ． ９ ． ｓ ．５ ３ ４ ９ ．０ ００ ０ ｌ ９ ｊｓ ２０
基 于Ｃ ０ １０ １ ８ ５ ４ 的高精度频率计设计 Ｆ
关 键词 ：等精 度 ；频 率计 ；Ｃ ０ １ ０ １ Ｃ ８ ５ Ｆ ４ ；Ｌ Ｄ；Ｒ ２ ２ Ｓ ３
Ｏ 引 言
频 率 测量 是 电子 测 量 中最 基 本 的测 量 之 一 。
随着 电子科 学技 术 的发展 ，对信 号频 率 测量 的精
度要 求 越来越 高 。 目前采 用 的测 频方 法 有直 接 测
与标 准 ８ ５ 指 令 集完 全兼 容 。且 不 再 区分 系统 时 ０１ 钟周 期 和机 器周 期 ，所有 指 令 时序 都 以时 钟周 期
Ｃ
：
（） １
Ｉ Ｖｘｆ
０
ｘ ＿ 一
（） ２
计算 ，大部 分指 令 只需 １ ２ 系统 时钟 即 可完 成 。 ～个 因 而 其 运 算 速 度 明 显 高 于 传 统 ８ ５ 单 片 机 。 为 ０１ 此 ，本 文给 出 了基 于Ｃ ０ １ 单 片机 和 一些外 围 电 ８５ Ｆ
是 其主 程序流 程 图。
—
Ｉ － ｆ
Ｈ
— 计 驾 ４ Ｌ — 数ｌ —器 悃 叫 ｃ：
ｉ同
图 ２ 系 统 总 体 硬 件 设 计 框 图
２１ Ｃ ０ １ ０ １ 片 机 ． ８５Ｆ ４ 单
本 系统 中 的Ｃ ０ ｌ ０ １ 片 机是 一 款 全 集 成 ８５ Ｆ ４Leabharlann Baidu单
哐 咽
。
］ ；
＝ －
路 的 等精度频 率 计 的设 计 方案 。
ｘ
Ｉ
１ 等 精 度 频 率测 量 的 基 本 原 理
等精 度频 率 测量 又 叫多 周期 同步测 量 ．它是
匾
卜 亘夏 ’ ＿ ＿ 一
将 待 测信 号 和 标 准 信 号 分别 输 入 到 两 个 计 数 器 ，
的 混 合信 号 片上 系 统 型ＭＣ Ｕ，具 有 ３ 个 数 字 Ｉ ２ ／ Ｏ 引脚 和高 精度 可编 程 的２ ． ＭＨ ４５ ｚ内部 振 荡器 ，以
及 ６ Ｂ 片Ｆ Ａ Ｈ存 储 器 。同时 片 内还集 成 了 ４Ｋ 在 ＬＳ
一
３ ． 上 位 机 Ｖ 软 件 ２ Ｂ
本设 计 将 待测 信号 、标 准 信 号 的计 数及 产 生
ｔ ＇ｅｄ ｃ ２ １ ． 电 子 元 器 件 主 用 ２ ｌ Ｗ ｃ￣ ｎ ０ ０２ ｙ ． Ｗ ３
第１卷 ２
第２ 期
电子元 器 件 盔 用
Ｅｌｃ ｒｎ ｃ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ ＆ Ｄ ｖ ｃ ｐ ｉａ ｉｎ ｅ ｔｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅＡｐ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ
围为０ （３ １ ，即０ ４２ ４ ６ ２ ５ ｌ ９ ～ ２２ ） ＿ ～ ． ９ ７ ９ ｘ ０。图３ 示 ９ 所
制 和 串 口Ｒ ２ ２ 信 电路 等 。系 统选 用 高 精度 的 Ｓ ３通
标 准 １ ＭＨ 石英 晶振作 为标 准 信号 源 ．以保 证测 ０ ｚ
频精度 。图２ 所示 是 系统 的总体硬 件设计 框 图 。
为 预 置 门控 制 器 时 间 ，定 时器 Ｔ 用 于 串 口通信 ， １ 计 数器Ｃ 作 为待 测信号计 数 器 ，计 数器Ｃ 作 为基 ３ ４
准频 率 计数 器 。在 主控程 序 中 ，可 将标 准信 号 计
数 值Ⅳ 定 义 为ｕ ｓ ｎ ｄｌｎ ｔ ０ ｎｉ ｅ ｇｉ 型变 量 ，其 计 数 范 ｇ ｏ ｎ
计数 器分 别对 待 测信 号和 标 准信 号 同时计 数 ，再 经运 算 处理 得到 测 量 结果 ，并 由Ｌ Ｄ实 时显 Ｃ
示 ． 同时通过Ｒ ２ ２ 口传 至 上位 机 进行 记 录分析 。 该设 计 方 法与 传统 测 频 系统 相 比 ，具 有 Ｓ３ 串
测频精 度 高 ，速 度快 ，范 围宽等优 点 。
Ｖ ｌ ２ Ｎｏ２ ｏ ＿ ． １ Ｆ ｂ ０ｌ ｅ ．２ ０
２ １ 年２ ０ ０ 月
预置 时 间 、计 算 频 率 值 等 功能 完 全 用Ｃ ０ ｌ ｏ ｌ ８ ５ Ｆ ４ 单片 机来 实现 ，因而 简化 了测量 电路 。整个 频率 测 量 系统 包 括放 大整 形 、Ｌ Ｄ 晶显示 、键 盘控 Ｃ液
杨 明 涛 ，杨 海 明 ，侯 文 郑宾 ，
ｆ． １中北 大学 电子 测 试技 术 国家重 点 实验 室 ，山西 太原 ０ ０５ ； ３ ０ １
２广饶 县信 息产 业局 。山 东 东营 ．
２７０ ） ５ ３ ０
摘 要 ：根 据等 精 度 测频 原 理 ，给 出了采 用Ｃ ０ １ ０ １ 片机 为主控 芯 片的 高精 度 数 字频 率 ８ ５Ｆ ４ 单 计的设 计 方法 。该 方法将 待 测频 率信 号 经过 整 形放 大后 输入 单 片机 ，然后 由单 片机 控 制 内部
它 的实 际 闸门 时间不 是 固定 值 ，而 是待 测 信 号周
数值 ， 为待测信号频率值 ，厂 ０ 为参考 信号频 率值 。
．
期 的整数 倍 ，故 可消 除 对待 测信 号 计数 时 产 生 的
收 稿 日期 ： ０ ９ １ ０ ２ ０ —１ － ３
２ 频 率计 硬 件 电路 设 计
频法 、直接测 周 法 和等精 度 测频 法 。直 接测 频 法 在 高频 段 的精 度较 高 ，但 在 低 频 段 的精 度 较 低 ；
直接 测周 法则恰 恰 相 反 。而等 精度 测 量 法则 可 在 整 个频 率 测量 范 围 内保 持 恒定 的测 量 精度 ，且 测 量精度 也较 高 。 Ｃ ０ １ 单 片 机 是Ｓ Ｃ芯片 ，其 内核 是Ｃ Ｐ ５ ８ ５Ｆ ｏ Ｉ一 １ 微控 制 器 。ＣＰ ５ 采用 流 水线 指令 结 构 ，指令 集 Ｉ一 １
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期 ２１ 第 ２ ０年 月 ０ ２
黪
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ＶＪ Ｏ ０２ ． ． Ｎ２ １
Ｆｅ ． ２ Ｏ ｂ ０１
ｄ ｉ Ｏ３ ６ ／ ｉ ｎ１ ６ － ７ ５２ １ ． ． ９ ｏ： ． ９ ． ｓ ．５ ３ ４ ９ ．０ ００ ０ ｌ ９ ｊｓ ２０
基 于Ｃ ０ １０ １ ８ ５ ４ 的高精度频率计设计 Ｆ
关 键词 ：等精 度 ；频 率计 ；Ｃ ０ １ ０ １ Ｃ ８ ５ Ｆ ４ ；Ｌ Ｄ；Ｒ ２ ２ Ｓ ３
Ｏ 引 言
频 率 测量 是 电子 测 量 中最 基 本 的测 量 之 一 。
随着 电子科 学技 术 的发展 ，对信 号频 率 测量 的精
度要 求 越来越 高 。 目前采 用 的测 频方 法 有直 接 测
与标 准 ８ ５ 指 令 集完 全兼 容 。且 不 再 区分 系统 时 ０１ 钟周 期 和机 器周 期 ，所有 指 令 时序 都 以时 钟周 期
Ｃ
：
（） １
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（） ２
计算 ，大部 分指 令 只需 １ ２ 系统 时钟 即 可完 成 。 ～个 因 而 其 运 算 速 度 明 显 高 于 传 统 ８ ５ 单 片 机 。 为 ０１ 此 ，本 文给 出 了基 于Ｃ ０ １ 单 片机 和 一些外 围 电 ８５ Ｆ
是 其主 程序流 程 图。
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图 ２ 系 统 总 体 硬 件 设 计 框 图
２１ Ｃ ０ １ ０ １ 片 机 ． ８５Ｆ ４ 单
本 系统 中 的Ｃ ０ ｌ ０ １ 片 机是 一 款 全 集 成 ８５ Ｆ ４Leabharlann Baidu单
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。
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Ｉ
１ 等 精 度 频 率测 量 的 基 本 原 理
等精 度频 率 测量 又 叫多 周期 同步测 量 ．它是
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卜 亘夏 ’ ＿ ＿ 一
将 待 测信 号 和 标 准 信 号 分别 输 入 到 两 个 计 数 器 ，