基于單片機的數(shù)字頻率計設(shè)計
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多周期同步法的測量誤差主要由Ns產(chǎn)生。當(dāng)頻率較低(10 kHz)，且測量信號信噪比較小(40 dB)時，觸發(fā)誤差較大，是誤差的主要來源。當(dāng)被測頻率大于10 kHz時，誤差取決于標(biāo)頻信號的準(zhǔn)確度和分辨率帶來的誤差，兩者基本相當(dāng)。所以低頻測量時，運用多周期測量法誤差會很大。
如圖2所示，高頻測量時首先利用單片機的定時器TO進(jìn)行軟件分頻，根據(jù)定時時間的不同分出一個或幾個閘門信號，利用這些不同周期的閘門去做不同的基準(zhǔn)時間。對于不同基準(zhǔn)時間內(nèi)的頻率測量，其精度是不同的，隨著基準(zhǔn)時間的加長，精度會越來越高。測頻時，根據(jù)測量精度要求，預(yù)置閘門TO控制起閉時間為t，開啟TO，同時放出待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號。這時計數(shù)器T2和計數(shù)器T1分別對待測信號fx和標(biāo)準(zhǔn)信號fc(頻率已知)同時計數(shù)，當(dāng)預(yù)置閘門控制時間Tn到達(dá)閘門關(guān)閉時，兩個計數(shù)器停止計數(shù)。若兩個計數(shù)器T2、T1的計數(shù)值分別為M和N，則待測頻率的值為fx=fc×(M／N)。
2．2 低頻方案選擇
對低頻段信號(10 kHz)的信號采用周期測頻法。周期測量法也是頻率測量的一種常用方法，而且常常用于低頻的測量。其原理是在被測頻率fx的一個周期內(nèi)Tx，記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率fc的變化次數(shù)M，則有fc=M／Tx，即待測信號頻率為fx=fc／M。采用這種方法時，我只用到了單片機的T2定時器，由于T2定時器擁有捕獲功能，可以在被測信號脈沖的下降沿到來之際實現(xiàn)對此時時間的捕獲，這樣在被測頻率兩個下降沿之間就形成一個周期，產(chǎn)生兩次捕獲，而這兩側(cè)捕獲的時間差就是被測頻率的周期，其頻率就是周期的倒數(shù)。運用這種方法可以對頻率為65 535 Hz以內(nèi)的頻率進(jìn)行測量，如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/170650.htm
3 結(jié)論
本論文中對高頻測量進(jìn)行了軟件仿真，從表1中我們可以看出，隨著所測頻率的位數(shù)的增大，頻率的誤差越小。在甚低頻階段，由于仿真時只開啟高頻測量，用的是多周期同步測量法，所以可以看到由于基準(zhǔn)頻率±1的誤差而引起的±1的誤差，而對于甚低頻及低頻的測量，±1的誤差是極其影響測量效果的。這和理論預(yù)測的效果是完全吻合的。由于一些不明原因，低頻測量程序無法得到仿真。如果低頻測量程序可以開啟的話，在低頻測量時就會轉(zhuǎn)化成周期法測量。這樣由于低頻的頻率很低，其周期很大，所以單片機的反應(yīng)速度是可以跟得上的，從而避免了±1的誤差，使得低頻測量也可以達(dá)到誤差為0％。對于中頻及高頻階段，我們可以在表中看到，雖然差值隨著頻率的增大而越來越大，但是誤差百分比卻越來越小，尤其對于高頻的測量，其誤差可以小到十萬分之幾，完全可以滿足一般用戶的需求。
由此，該頻率計驗證了多周期同步測量法對中高頻信號的測量能力是不錯的，但是對于低頻及甚低頻的測量卻缺陷很大。而正好周期法的優(yōu)點就是測量低頻信號非常準(zhǔn)確。這兩種方法的結(jié)合正好彌補了兩者的缺陷，凸顯了兩者的優(yōu)點。再加上智能分頻使單片機的測量帶寬提高了一千倍以上，僅用幾個芯片搭成的低成本簡單電路，使該頻率計擁有了不錯的性價比。
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