基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)
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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(shí)，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(shí)，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(shí)，運(yùn)用多周期測量法誤差會很大。
如圖2所示，高頻測量時(shí)首先利用單片機(jī)的定時(shí)器TO進(jìn)行軟件分頻，根據(jù)定時(shí)時(shí)間的不同分出一個(gè)或幾個(gè)閘門信號，利用這些不同周期的閘門去做不同的基準(zhǔn)時(shí)間。對于不同基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的頻率測量，其精度是不同的，隨著基準(zhǔn)時(shí)間的加長，精度會越來越高。測頻時(shí)，根據(jù)測量精度要求，預(yù)置閘門TO控制起閉時(shí)間為t，開啟TO，同時(shí)放出待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號。這時(shí)計(jì)數(shù)器T2和計(jì)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(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)預(yù)置閘門控制時(shí)間Tn到達(dá)閘門關(guān)閉時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。若兩個(gè)計(jì)數(shù)器T2、T1的計(jì)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(gè)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(shí)，我只用到了單片機(jī)的T2定時(shí)器，由于T2定時(shí)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(shí)現(xiàn)對此時(shí)時(shí)間的捕獲，這樣在被測頻率兩個(gè)下降沿之間就形成一個(gè)周期，產(chǎn)生兩次捕獲，而這兩側(cè)捕獲的時(shí)間差就是被測頻率的周期，其頻率就是周期的倒數(shù)。運(yùn)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(shí)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(shí)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(jī)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(jì)驗(yàn)證了多周期同步測量法對中高頻信號的測量能力是不錯(cuò)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(diǎn)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(bǔ)了兩者的缺陷，凸顯了兩者的優(yōu)點(diǎn)。再加上智能分頻使單片機(jī)的測量帶寬提高了一千倍以上，僅用幾個(gè)芯片搭成的低成本簡單電路，使該頻率計(jì)擁有了不錯(cuò)的性價(jià)比。
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