实验五 数字频率计设计.doc

宁波大学信息学院 2013（2）“单片机原理及应用1”实验报告 实验项目名称：数字频率计设计姓名：雷锋一号学号：123456789 班级：通信121实验时间：星期四晚上姓名：雷锋二号学号：123456789 班级：通信121实验地点：407一、实验目的1. 掌握单片机片内定时器的使用方法。2. 掌握基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。二、实验内容基于单片机片内定时器的数字频率计设计。要求：（1） 测频率范围：10Hz 10K Hz。为保证测量精度分为三个频段： 10Hz 100 Hz 100Hz 1K Hz 1 K Hz 10K Hz当信号频率超过规定的频段上限时，设有超量程指示。三个频段之间用手动切换。（2） 输入波形：低频函数信号发生器输出的矩形波，幅度为3V 。（3） 测量误差：1%。（4） 显示和响应时间：测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。三个频段的最大显示数分别为99.9 Hz，999. Hz，9.99 K Hz，为此需要控制小数点位置，并用两个发光二极管分别显示频率单位：Hz 或K Hz，详见表1。三、实验说明通过本实验，掌握单片机片内定时器的使用方法，了解数字频率计的测量原理及测量电路设计方法。掌握基于单片机的数字频率计工作原理与设计方法。必须用模块化方法进行C语言程序设计。四、实验仪器和设备PC机、Keil uVision2软件，C8051F020单片机，EC3在线仿真器。五、实验原理频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。（1） 测频法测频法的基本思想是让计数器在闸门信号的控制下计数1秒时间，计数结果是1秒内被测信号的周期数，即被测信号的频率。若被测信号不是矩形脉冲，则应先变换成同频率的矩形脉冲。测频法的原理框图如图6所示。图中，秒脉冲作为闸门信号，当其为高电平时，计数器计数；低电平时，计数器停止计数。显然，在同样的闸门信号作用下，被测信号的频率越高，测量误差越小。当被测频率一定时，闸门信号高电平的时间越长，测量误差越小。但是闸门信号周期越长，测量的响应时间也越长。例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz，如图2-2-2所示。由图可知，无论被测信号的频率是多少，测量时可能产生的最大绝对误差均为1Hz，即 f测-f真=1Hz所以，最大相对误差为 max= （f测-f真）/ f真=1/ f真由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被测信号的频率成反比。因此测频法适合于测量频率较高的信号。（2） 测周法当被测信号频率较低时，为保证测量精度，常采用测周法。即先测出被测信号的周期，再换算成频率。测周法的实质是把被测信号作为闸门信号，在它的高电平的时间内，用一个标准频率的信号源作为计数器的时钟脉冲。若计数结果为N，标准信号频率为f1，则被测信号的周期为 T = T1N被测信号的频率为 f = 1/T1N = f1/N利用测周法所产生的最大绝对误差，显然也等于1个标准信号周期。如果被测信号周期的真值为T真= T1N，则T测= T1（N1） max= （f测-f真）/ f真= T真/T测 1=1/（N1）由上式可知，对于一定的被测信号，标准信号的频率越高，则N的值越大，因而相对误差越小。（3） 低频段的测量鉴于上述困难，对于低频信号，为了达到规定的精度，要采取一些比较特殊的方法。例如，可考虑将被测信号倍频后再用测频法测量。或将闸门信号展宽。由于倍频电路比较复杂，所以一般采用后一种方法，实际上闸门信号展宽与被测信号倍频在效果上是相同的。闸门信号展宽比较容易做到，例如采用分频电路就可以实现。若闸门信号高电平时间从1秒展宽到10秒，则相对误差可以按比例下降，但响应时间也增大相同的比例。六、程序流程图七、实验结果与分析利用函数信号发生器产生各种频率大小在1HZ10KHZ的方波信号，当频率100HZ时，响应时间为约1s，当频率100HZ时，响应时间约10s。当频率在10HZ100HZ时显示格式为xx.x，LED灯0亮起,表示单位是HZ；当频率在100HZ1KHZ时显示格式为xxx.，LED灯0亮起，表示单位是HZ；当频率在1KHZ10KHZ时显示格式为x.xx，LED灯1亮起,表示单位是KHZ。各频段实验数据见下表。输入频率/HZ实测频率/HZ相对误差(绝对值)1010.003535.007272.008888.30.34%1051050365365085285201.02K1.01K0.98%3.55K3.54K0.28%7.18K7.16K0.28%9.99K9.97K0.20%10K9.98K0.20%实验结论：通过实验，自主设计了利用测频法测量频率的程序，通过实验数据可知，测频的范围、显示格式以及精度要求都符合实验要求。掌握了单片机片内定时器的使用方法， 掌握了基于单片机片内定时器的数字频率计设计方法。但是这种设计方法尚有不足，当频率较低时，利用测频法响应时间太长，以后的设计可以采用低频是测周期大小的方法会更好！八、源代码源代码必须有必要的注释，且要与流程图的逻辑关系对应。# include# include# includebit model;/定义一个测试模式标识位，0:测频，1：测周期unsigned int ms,maichong; /定义ms为计时器计时基本单位，表示10ms/定义maichong为记录脉冲数变量/外部时钟，12M，需要调用delay()函数void SYSCLK_Init(void) OSCXCN=0x77;delay(20);while(!(OSCXCN &0x80); OSCICN=0x08; /初始化函数，系统的初始化void chushihua()bdwtd(); /关闭看门狗SYSCLK_Init(); /选用外部时钟，12MZLG7289_Init(40); /ZLG芯片初始化XBR1=0x04; /配置交叉开关，将INT0连到交叉开关XBR2=0x40; /使能交叉开关P3MDOUT=0xff; /将P3设置为推挽输出CKCON=0x00; /定时器时钟选择，用系统时钟12分频TMOD=0x01; /定时器方式设置为方式0TH0=(65536-10000)/256; /为T0装初值TL0=(65536-10000)%256; /TR0=0; /关闭T0ET0=1; /允许T0中断PX0=1; /设置INT0为高优先级EX0=1; /允许INT0中断IT0=1; /将INT0设置为边沿触发IE0=0; /中断标志自动清零/频率显示函数void xianshi()/当频率大于100时，maichong值就是频率大小，将其直接按位显示即可if(model=0)if(maichong=1000)P5=0xfd;ZLG7289_Download(1,0,1,maichong/1000);ZLG7289_Download(1,1,0,maichong%1000/100);ZLG7289_Download(1,2,0,maichong%1000%100/10);elseP5=0xfe;ZLG7289_Download(1,0,0,maichong/100);ZLG7289_Download(1,1,0,maichong%100/10);ZLG7289_Download(1,2,1,maichong%100%100%10);/当频率小于100时，需要计时十秒，maichong/10就是频率值elseP5=0xfe;ZLG7289_Download(1,0,0,maichong/100);ZLG7289_Download(1,1,1,maichong%100/10);ZLG7289_Download(1,2,0,maichong%10);/初始化的显示void xianshi0()char i;for(i=0;i=100)/判断频率的范围，当用测频率的方法测得频率100，继续用模式0测量/否则用模式1测量if(maichong=1000)if(maichong=1000) /判断如果频率大于100就将模式切换到模式0model=0;xianshi();maichong=0;ms=0;void main()chushihua();/系统的初始化xianshi0();/初始化的显示ms=0;/闸门时间开始时设为0model=0;/初始默认用模式0测量maichong=0;/脉冲数计数变量，初值为0TR0=1;/开启计时器T0while(1)/进入死循环F_measure();/调用测量频率的函数/定时器0的溢出中断服务程序void ser1() interrupt 1 using 2ms+; /ms+1表示时间增加10msTH0=(65536-10000)/256; /定时器初值重载TL0=(65536-10000)%256; /外部中断0的服务程序，当此中断出现时，说明脉冲数增加1void ser0()interrupt 0 maichong+;各个头文件程序：#ifndef _bdwtd_H_#define _bdwtd_H_/*这是一个关闭看门狗的头文件，并且开启所有中断，为方便主程序里对看门狗的处理*/ void bdwt