用PIC16F87X单片机实现高分辨率频率计的方法

1、用pic16f87x单片机实现高分辨率频率计的方法随着技术的快速进展，以为控制核心的控制器件，已经全面渗透到测试仪器和计量检定的各个方面。同时，频率计作为一种常用工具，在工程技术和测量、计量等领域的应用非常广泛。本文介绍了一种以16f87x系列单片机为控制器的高辨别率频率计的实现办法。该办法设计的频率计主要用来测量脉冲频率。它采纳图形液晶显示，清楚度高，可视范围广，可外接晶体频率源，具有测量速度快、辨别率高的优点。2 设计原理pic16f877a单片机内部集成有捕获/比较/脉宽调制 (ccp)模块。当ccp工作在捕获(capture)方式时，可捕获外部输入脉冲的升高沿或下降沿，并产生相应的中断

2、。pic16f877a单片机内部还集成了定时器/计数器模块，在本计划中采纳其中的tmr1作为定时器，该定时器的工作原理是通过tmr1“寄存器对”tmr1h:tmr1l从0000h递增到ffffh，之后再返回0000h时，会产生高位溢出，并且将会设置溢出中断标记位tmr1if为i，同时引起cpu中断响应。在匀称的脉冲序列中，脉冲频率值等于单位时光内发生的脉冲次数。按照这个原理，可以采纳pic16f87x系列单片机(本文以pic16f877a型单片机为例)内置定时器模块tmr1计时，同时用法ccp模块的捕获功能，每间隔n(n=1,4,16)个脉冲捕获一次并产生中断，记录第1个和第(m-1)*n+1

3、个脉冲到来时的定时器计时t1和tm，1所示。图1脉冲捕获暗示图用被捕获的脉冲次数除以第1次和第(m-1)*n+1次脉冲之间间隔的时光即可得到脉冲频率值。因此，脉冲频率值计算公式为：3 被测频率值范围在测试过程中，需要特殊注重的是，两次ccp中断的时光间隔必需大于1次中断服务的执行时光。否则，假如在中断服务程序执行时又发生ccp中断，就不能正常工作。按照上述条件，则有：由上式得到：式中：sccp 表示捕获分频倍数。fx 表示被测频率ttcyc 表示系统时钟周期。n 表示中断所需最小命令周期数。设定：sccp=16，n=40，tcyc= 4/20mhz = 0.2 us，则： fx由此可知，实际频

4、率测量范围在0-2 mhz之间。若需测量更大频率，可以按照需要在待测频率和cpu的ccp口之间接入相应倍数的分频器，每接入一个1/n倍分频器，可测频率范围可扩大n倍(2所示)。如在待测频率和ccp口之间接入三个1/10倍分频器，则可测频率范围为02 ghz。图2 cpu外接暗示图4 程序设计41中断程序中断程序流程图3所示。图3中断子程序流程图中断服务子程序如下：void interrupt tmr i_ccp2_ini(void)if(tmr1if=i) /推断是否定时器中断tmriif=0; /tmr1中断标记位清0tmr1on=0; /关闭tmr1tmr1l=0x00; /设置tmr1数

5、据寄存器初始值 0x0bdctmr1h=0x00;tmr1on=1; /开启tmr1time_count+; /定时计数器减1if(ccp2if=1) /推断是否ccp2中断if(ccp_count=0)tmr1ie=1; /允许tmr1中断tmr1if=0; /tmr1中断标记位清0t1con=0x30; /设置1:8分频，关闭tmr1tmr1l=0x00; /tmr1数据寄存器清零tmr1h=0x00;tmr1on=1; /开启tmr1中断ccp2if=0; /ccp2中断标记位清0ccp_count+; /脉冲计数器加14.2测试过程程序程序流程图4所示。图4主程序流程图测试过程程序如下

6、：unsigned long measure_course(unsigned charcatch_mode)time_count=0; /定时计数器清零ccp_count=o /脉冲计数器清零gie=1; /允许全局中断peie=1; /允许外围中断trisc1=0; /ccp2(rc1)输入ccp2ie=1; /允许ccp2中断ccp2if=0; /ccp2中断标记位清0ccp2con=catch_mode; /设置捕获脉冲模式e(); /中断开头while(1) /等待定时中断，时光到则退出if(ccp_count=2)break;di(); /中断结束tmr1on=0; /关闭tmr1c

7、cp2con=0x00; /关闭ccp2ccp2ie=0; /关闭ccp2中断ccp2if=0; /ccp2中断标记位清0trisc1=0; /ccp2(rc1)输出tmr1ie=0; /关闭tmr1中断tmr1if=o; /tmr1中断标记位清0peie=0; /关闭外围中断gie=0; /关闭全局中断5 性能评价传统的频率测量办法有两种：一是测周期求频率，这样对被测频率信号的信噪比要求高，否则就会产生较大的误差；另一种是计算单位时光内所产生脉冲数量，虽然这种办法对信噪比要求不高，但是显示辨别率受到限制，并且会产生±1的误差。本计划摒弃了传统的测量办法，采纳测量脉冲个数及计算被测脉冲所经受时光的办法，彻低避开了传统办法的弊端。在本计划中，cpu接外频标(2所示)，测量误差仅为时基误差，而较好的外频标的误差普通小于±10-9，因而测量结果的有效数字最少可达8位以上，使得低频测量与高频测量的有效位数全都。6 结语经过测试实验，用