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基于C8051F041的高精度頻率計設計

作者: 時間:2010-04-01 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:根據(jù)等精度測頻原理,給出了采用C8051F04l單片機為主控芯片的數(shù)字頻率計的設計方法。該方法將待測頻率信號經(jīng)過整形放大后輸入單片機,然后由單片機控制內部計數(shù)器分別對待測信號和標準信號同時計數(shù),再經(jīng)運算處理得到測量結果,并由LCD實時顯示,同時通過RS232串口傳至上位機進行記錄分析。該設計方法與傳統(tǒng)測頻系統(tǒng)相比,具有測頻精度高,速度快,范圍寬等優(yōu)點。
關鍵詞:等精度;頻率計;;LCD;RS232

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195467.htm

O 引言
頻率測量是電子測量中最基本的測量之一。隨著電子科學技術的發(fā)展,對信號頻率測量的精度要求越來越高。目前采用的測頻方法有直接測頻法、直接測周法和等精度測頻法。直接測頻法在高頻段的精度較高,但在低頻段的精度較低;直接測周法則恰恰相反。而等精度測量法則可在整個頻率測量范圍內保持恒定的測量精度,且測量精度也較高。
C8051F單片機是SoC芯片,其內核是CIP-5l微控制器。CIP-51采用流水線指令結構,指令集與標準8051指令集完全兼容。且不再區(qū)分系統(tǒng)時鐘周期和機器周期,所有指令時序都以時鐘周期計算,大部分指令只需l~2個系統(tǒng)時鐘即可完成。因而其運算速度明顯高于傳統(tǒng)805l單片機。為此,本文給出了基于C805lF單片機和一些外圍電路的等精度頻率計的設計方案。

1 等精度頻率測量的基本原理
等精度頻率測量又叫多周期同步測量,它是將待測信號和標準信號分別輸入到兩個計數(shù)器,它的實際閘門時間不是固定值,而是待測信號周期的整數(shù)倍,故可消除對待測信號計數(shù)時產生的量化誤差(+1誤差),其精度僅與閘門時間和標準頻率有關。等精度測頻系統(tǒng)主要由待測信號計數(shù)器、標準信號計數(shù)器、同步閘門控制器、預置時間控制器以及運算單元等組成。測量的基本流程是在發(fā)出測量觸發(fā)信號后,由同步閘門控制器在預置時間控制器產生預選閘門控制信號,再由待測信號觸發(fā)同步,以形成真正的預置測量時間,然后同時控制兩個計數(shù)器,并分別對待測信號和標準信號進行計數(shù)。等精度測量頻率的原理如圖1所示。其待測信號頻率可由下式計算:

式中:Nx為待測信號計數(shù)值,No為參考信號計數(shù)值,fx為待測信號頻率值,fo為參考信號頻率值。

2 頻率計硬件電路設計
本設計將待測信號、標準信號的計數(shù)及產生預置時間、計算頻率值等功能完全用C805lF041單片機來實現(xiàn),因而簡化了測量電路。整個頻率測量系統(tǒng)包括放大整形、LCD液晶顯示、鍵盤控制和串口RS232通信電路等。系統(tǒng)選用的標準10MHz石英晶振作為標準信號源,以保證測頻精度。圖2所示是系統(tǒng)的總體硬件設計框圖。


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