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文档简介

1、单片机测频研究一一26一仪表技术1998年第3期单片机测频研究工程兵指挥学院(221004)史延龄邹来智,I于龙成'_''-''.一频率需测量之外,许多信号都可以转换为频率的测量,以提高测量精度.因此,研究频率测量具有重要意义.一,8031,Tl简介采用8031单片机测频的关键是巧妙使用8031内部的定时/计数器T0,T.及相应程序的设计.与T0,T.有关的特殊功能寄存器如下.工作方式选择:如M1Mo=01时,称方式1,为16位定时/计数器;当MlMo=10时,称方式2,为自动恢复初值的8位定时/计数器.定时/计数方式选择:C/亍=0为定时方式,以单片机

2、晶振频率的1/12作为计数信号;C/=1为外部计数方式,最高计数频率为单片机晶振频率的1/24,若测更高频率需加分频器.门控位GATE:GATE=1时,T0和T1受8031外部引脚输入电平的控制(丽控制T0,丽控制T.),如i为高电平时,T0计数,而丽为低电平时T0停止计数.GATE为0时,T0和Tl不受外部引脚输入电平的控制.TCON也是8位寄存器,这里仅介绍定时/计数运行控制位TR.(控制T0)和TRl(控制T1).TRo,TRl由指令置位和清零.当GATE为0时,T0计数仅受TRo控制.TRo为1时允许T0计数,TRo为0时禁止T0计数.GATE为1时,仅当T为1且丽输入同.收稿日期:1

3、99710TM(;-THo,T为T0的16位计数器的高8位和低8位,THl,TLl为Tl的16位计数器的高8位和低8位.通过对THo,T和THl,TLl的初始化编程设置T0,T.的定时/计数初值,T0,T-的最终计数值也保存在这些计数器中.二,传统法测频测频法的关键是用T0,T1和8031RAM单元完成定时和脉冲计数.用8031的T1定时/计数器和R2,R3寄存器实现1s定时;T1设定为定时工作方式2,即8位自动恢复初值定时器.若8031的晶振频率为12MI-Iz,12分频后,T1定时计数的脉冲周期为1/Js.定时初值选为6,故Tl定时器每250/Js中断一次.用R2,R3寄存器记化编程,把R

4、2的量程选为ocsH(即十进制数200),用R3记录R2计满的次数,当R3的计数值为14H(即十进制数20)时,1s定时到.用8031的T0定时/计数器(选初值为0)累计被测信号的脉冲数,将其设定为计数工作方式1,即16位计数器.为记录高达500kHz信号的脉冲数,还需用8031的RAM单元(如)记录T0中断的次数,即,THD,T组成了24位计数器.如定时1s,则被测频率为f=(I)×2+(THo)×20+(TLo)上式并不需求和计算,它表示&中内容为f二进制值的高8位,THD中内容为中间8位,中为低8位,将该3字节二进制值转换为十进制值,即可显示结果.由此

5、可见,该测频法具有测量迅速,编程简单等优1998年第3期仪表技术一27一机的,故计数器有可能多计一个或少计一个脉冲,即有一个被测信号周期T的量化误差.当测量时间t:Is时,测量的相对误差为T/t:1,=1/f可见测量误差与频率有关,频率高,相对误差小.如厂为10I-k时相对误差为0.1,而当,为10kI-k时相信号.测周期法是在一个被测信号周期内,记录定时脉冲的个数.用8031实现该法的关键是,准确检测出周期信号,并用该信号控制T0累计基准脉冲个数.由Dl,D2触发器(一片74LS74)组成的图1电路,在单片机P10,P11控制下完成周期信号检测.当P1n:次01时,D1再次翻转(Q1=0),

6、同时D2也翻转(Q2=1).8031查询到Pl1=1时,让P10=0,完成了一次检测.其波形如图2所示.图1测周期法电路原理图L厂L蹙n图2测周期法时序图利用8031内部的T0计数器,可得到较精确的T值.将T0设成定时方式2(即自动恢复初值的8位定时器).当8031晶振频率为12MI-Iz时,计数脉冲周期为l.若设定TRo=1和GATE=1,则Tn是否计数取决于丽信号.当而由O一1时,Tn汁数,计数器计满时触发中断,在中断服务程序中使用8031内部寄存器()记录中断次数.以扩展计数范围;当丽由l一0时,停止计数.因此,只要将T信号接在而上,就可方便的得到T的数值,即T:()x2+(THo)x2

7、+(TLo)将,TH0,T中的3字节二进制值求倒数即得频率值,编程较简单.在周期信号控制T0计数的起停时刻相对于基准脉冲是随机的,即T0有可能少计或多计一个基准脉冲,测量的量化误差为一个基准脉冲周期T.(1),相对误差为T./T,因此该法适于测量频率较低的信号.3.测频+测周法在高频段采用测频法,而在低频段采用测周期法.如,若要求全频段的相对误差不大于0.001,则当,lkI-Iz时直接测频,而当f<lkI-k时测周期求倒数.兰,高精度测频传统法测频对部分频段的测量精度较高,但无法对整个频率范围实施高精度测量,其根本原因是测量的起始和停止时刻的随机性.采用图3电路,再配合相应软件

8、可克服这种随机性,实现整个频率范围的高精度测量.其设计思想为:先用T0记录单位测量时间8031rc:rTN1lNT:P图3高精度测频电路原理图(如ls)内的被测信号脉冲数N,且保证测量时间的起始时刻与被测信号某个脉冲的上升沿同步,再用T,记录从单位测量时间结束时刻到被测信号下一个脉冲上升沿之间的时间f(为基准脉冲的个数),这样在t=(10+f)内准确记录下被测信号N个完整的周误差,f的绝对误差仅为一个基准脉冲周期T.(1),所以该测频法的相对误差与被测频率无关(称为等精度测量)且为,T/f<108显然若选测量时间为10s,则相对误差不大予l0.为实现上述设计思想,用Tl,R2,R

9、3完成1s定时(同测频法)及记录f值,用T0,记录被测信号的脉冲个数(同测频法).另外为实现计数和定时起始点的同步,使GATE=1,用指令把TRo,TR,也置1',这示.测量之前,使P10=0,开始测量时若检测到被测信号由lO就把P10置"1",这样到被测信号的下一个脉冲(上升沿)到来时Q由0-"1,Tl,To同时开始工作,一28一仪表技术1998年第3期1MHzIlIIllLjUUUUULJLfxn._L.!i一一.卜'h口一一TIIIIII,I.I-IIIIllFI一'5t卜圈4高精度测频时序目下作1s定时,T0在软件配合下计数.当18

10、定时到时,将P1o清"0",但Q的"l"态将维持到下一个脉冲的上升沿到达.在此期问,Tl仍在工作,直到Q由10,记录下时问t.对于低频信号,t会大于1s,因此还应该用两个寄存器(可将R2,R3清0后再用)记录Tl(250g)溢出中断次数.这样整个测量时问(单位:螂)为t=10+(R3)×2.+(R2)×250+(TL1)一6在t时问(误差:±1坤)内记录下的被测信号完整周期数(无误差)为N=()×2+(TH0)×20+(T)故被测频(单位:MHz)为f=N/t为便于编程,缩短计算时问,可按这样的思路设计计

11、算,的程序:先用R3(高8位),R2(低8位)中存放的二进制数乘以常数0FAH(即十进制250),所得积与常数0F423AH(即1066)相加,所得和再与1内容相加,从而求得t的二进制值(若规定,1,t最大为3字节二进制数)I再用N的3字节二进制值除以t,得到以MHz为单位的,二进制值(为纯小数)I最后把,的二进制值转换为十进制值,并把小数点适当右被测信号实施了分频,右移位数相应减少).由此可见,高精度测频,编程较复杂,占用IU时问较多.考文献1.张友德等.JIl片徽型机原理.应用与实验,1992.电脑.1994(4).动定位程序.电脑,1995(7).(4).(刘伟编发)UR一90型热电偶(阻)分度电子字典本电子字典是一台袖珍式数显智能仪器,以按键输入查询代替以往人工查找分度表和计算,以全新的查询方式方便从事温度计量,科研和维修人员.功能和特点:?无误差查询,等同分度表.S,K,B,R,J,E,T,N,PtlO0,Cu50的温度一热电势(电阻)互为查询.?查,而

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