基于AT89C51单片机的等精度数显频率计[OK]

1、50第24卷 第2期 零陵学院学报 V ol. 24 No.2 2003年3月 Journal of Lingling University Mar. 2003基于51单片机的等精度数显频率计李春树（湖南零陵学院电子工程系，湖南永州）摘要：介绍了一种基于单片机进行等精度数字测频的软、硬件实现方案。该方法简单实用，具有较广的使用价值。关键词：单片机；频率计；测频*中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言：数显频率计是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。传统的数显频率计大多采用系列数字集成电路直接测频，在使用过程中存在电路结构复杂，测量精度低、故障率高、维护不易等问题。随着单片机技术

2、的不断发展，用单片机通过软件设计，采用适当的算法取代这部分电路不仅能弥补上述不足，而且性能也将大有提高。1 传统的测频电路结构及测频精度分析传统的数显频率计采用直接方式测频。即利用计数器在闸门开启期间对输入信号的周期进行计数来完成测频的。若设计数值为x N ，则输入信号的频率可表示为：wx x T Nf =式中为闸门开启的时间宽度，一般由晶体振荡器产生标准频率0f 经过级分频后得到，即010fT nw =，由此得：010f N f x n x =（）由于是固定的，但对于任意的x f 电路无法保证在时间内刚好有N 个x T ，因此最大可能会产生±个的误差。通过对（）求导得：(1000d

3、f N dN f df x x n x +=（）（）÷（）得：00f df N dN f df x x x x +=其中00f df 为晶振的频率稳定度，通常可达数量级，xN dN为计数值的相对误差。在低频情况下，值相对较小，而又能达到±，这样测频误差xf df 相应增大，测量精度随之下降，这是这种测频方式的固有缺陷。2 AT89C51单片机数字测频硬件电路及测频原理电路基本组成如图所示。利用单片机中、两个定时计数器分别对被测信号和标准时标进行l 收稿日期：2002-11-20 l 作者简介：李春树，（1964），男，湖南宁远人，实验师。图传统测频电路结构方框图 xf51

4、同步计数，当被测信号为个周期后，读出标准时标计数器中的值，则输入信号频率可表示为：SS Xx T N N f =为标准时标周期，对于的晶振单片机，S f T osc S µ112=，它具有足够的稳定度，可视为常数。因此，xf 的相对误差为：S SX X x x N dN N dN f df =，当计数器1T 为（传统测频方式只能等于）个完整周期时产生中断，这时，0=X dN ，有SSx x N dN f df =，因此，实际运用中，利用单片机丰富的内部资源，通过软件设计，当计数器产生溢出时，请求计数器中断，这样就能保证比传统测频精度高许多。3电路硬件组成利用单片机外部中断INT0作为

5、测试信号输入口，P1口通过UN2803驱动段码，P2.0-P2.5控制位码。4软件设计主程序由初始化、计数、浮点运算和显示子程序组成。；阶码存储单元；确定显示位数；小数点显示位置单元；入口；中断入口：，；置为边沿触发方式，；定时器为方式，；置为高优先级中断，；脉冲计数器清零，；清第一次判断标志，；开中；开中；开中：；调用显示子程序：，；为判断标志：， 52，：，从上面程序看出，、的值分别存放在以单元为起点的单元中。而被测信号的频率由（）式计算：06553612N n f N T N N f oscX S S X x +=为中值，osc f 为单片机系统的时钟频率，为中数值，0N 为、中读数，考

6、虑到中断的响应时间，调试时可以预设一个初始数值。为了保证计算精度和数据的有效位数，采用浮点运算。每项数据由三个字节表示，其中阶码占一个字节，尾数占两个字节。通过调用子程序，将各变量转换成二进制浮点操作数，再进行各种浮点运算，最后调用子程序，还原成十进制形式送数码管显示。十进制浮点数的阶码决定着数码管上小数点显示的位置。：，；将X N 的值转换成二进制浮点操作数存放在以开始的三个单元中，；将osc f 的值转换成二进制浮点操作数存放在以开始的三个单元中，；、osc f 进行浮点乘法运算，结果存放在后面的三个单元中，；的值转换成二进制浮点操作数存放在以开始的三个单元中，；常数转换成二进制浮点操作数

7、存放在以开始的三个单元中，；常数转换成二进制浮点操作数存放在以开始的三个单元中，；的值转换成二进制浮点操作数存放在以开始的三个单元中，；和的值相乘，结果存放在以开始的三个单元中，；53 完成0N 的浮点运算，结果存放在以开始的三个单元中，；完成（0N ）的浮点运算，结果仍存放在以开始的三个单元中，；最后完成06553612N n f N f oscX x +=的浮点运算，结果存放在以开始的三个单元中；将x f 的结果转换成码浮点数以上、子程序均可在浮点运算子程序小型库中找到，在此从略。显示子程序：将单元所指存储单元的后三位（码浮点数）显示出来。：，：，；将单元清零，；阶码存放在中，；小数点设置

8、在最高位（第位），；为显示起始位置单元地址，；显示位数（位）：，：，：，：，54：，：，十进制数绝对值大于时，阶码整数位数；小于时，阶码小数点后面零的个数。要正确地显示，必须要确定小数点和尾数最高位的显示位置。：，；，大于的数，转，；尾数最高位的显示位置随阶码变化：，；尾数最高位的显示定在第位，：，；小数点的显示位置随阶码变化： END结束语用单片机替换传统的频率计，硬件结构简单，便于升级，能充分改善原有设备的性能，提高测试精度。参考文献： 1 张志良等. 单片机原理与控制技术M. 北京：机械工业出版社，2001年7月第1版 2 余永权. 89系列（MCS-51兼容）FLASH 单片机原理及应

9、用M. 北京：电子工业出版社2000.9 3 MCS-51浮点运算子程序库J. 4 李华等.MCS-51系列单片机实用接口技术M. 北京：航空航天大学出版社2002.2A frequency mater of high accuracy digital display based toAT89C51micro controllel Li chun-shu(Electronics Engineering Department, Hunan LingLing College, YongZhou 425006 ChinaAbstract: This poper introduces the hardware construction and softuare designing method of equal precision digital measuremen