用PIC16F87X单片机实现高分辨率频率计的一种方法

1、用PIC16F87X单片机实现高分辨率频率计的一种方法大小：大小：小中大作者：李涛张华锋来源:日期：2007-09-24 点击：177Q戏摘要介绍了高分辨率频率计的一种实现方法。该方法是基于PICC高级语言开发平台采用PIC16F87X单片机，该方案具有原理简单.性能可靠、分辨率高特点，使用该方法测量低频频率时最少可以得到8位有效数字。1引言随着电子技术的迅速发展，以单片机为控制核心的控制器件，已经全面渗透到测试仪器和计量检定的各个方面。同时，频率计作为一种常用工具，在工程技 术和无线电测量、计量等领域的应用十分广泛。本文介绍了一种以PIC16F87X系列单片机为控制器的高分辨率频率计的实现方

2、法。该方法设计的频率计主要用来测量脉冲频率。它采用LCD图形液晶显示，清晰度高，可视范围广，可外接晶体频率源，具有测量速度快、分辨率高的优点。2设计原理PIC16F877A单片机内部集成有捕捉/比较/脉宽调制PWM (CCP)模块。当CCP工作在捕捉(capture)方式时，可捕捉外部输入脉冲的上升沿或下降沿，并产生相应的中断。PIC16F877A单片机内部还集成了定时器/计数器模块，在本方案中采用其中的TMR1作为定时器，该定时器的工作原理是通过TMR1“寄存器对”TMR1H:TMR1L从0000H递增到FFFFH，之后再返回0000H时，会产生高位溢出，并且将会设置溢出中断标志位TMR1I

3、F为I，同时引起CPU中断响应。在均匀的脉冲序列中，脉冲频率值等于单位时间内发生的脉冲次数。根据这个原理，可以采用PIC16F87X系列单片机(本文以PIC16F877A型单片机为例) 内置定时器模块TMR1计时，同时使用CCP模块的捕捉功能，每间隔n(n=1,4,16)个脉冲捕捉一次并产生中断，记录第1个和第(m-1)*n+1个脉冲到来时的定时器计时t1和tm，如图1所示。_n_tl_n_tl图i脉冲捕捉示意图用被捕捉的脉冲次数除以第1次和第(m-1)*n+1次脉冲之间间隔的时间即可得到脉冲频率值。因此，脉冲频率值计算公式为:f ST3被测频率值范围在测试过程中，需要特别注意的是，两次CCP

4、中断的时间间隔必须大于1次中断服务的执行时间。否则，如果在中断服务程序执行时又发生CCP中断，就不能正常工作。根据上述条件，则有：做硕由上式得到: 式中：SCCP 表示捕捉分频倍数。fx 表示被测频率tTCYC 表示系统时钟周期。N表示中断所需最小指令周期数。设定：SCCP=16N=40TCYC= 4/20MHz = 0.2 us则:fx2,000,000Hz由此可知，实际频率测量范围在0-2 MHz之间。若需测量更大频率，可以根据需要在待测频率和CPU的CCP 口之间接入相应倍数的分频器，每接入一个1/n倍分频器，可测频率范围可扩大n倍（如图2 所示）。如在待测频率和CCP 口之间接入三个1

5、/10倍分频器，则可测频率范围为02 GHz。| i 1 缎 4CC理OSCE图2 CPU外接示意图4程序设计4. 1中断程序中断程序流程图如图3所示。图3中断子程序流程图中断服务子程序如下：void interrupt TMR I_CCP2_ini(void)if(TMR1IF=I) /判断是否定时器中断TMRIIF=0; /TMR1中断标志位清0TMR1ON=0; /关闭 TMR1TMR1L=0 x00; /设置TMR1数据寄存器初始值0 x0bdcTMR1H=0 x00;TMR1ON=1; 开启 TMR1，_是否5if(ccp_count=0)TMR1IE=1; /允许 TMR1 中断T

6、MR1IF=0; /TMR1中断标志位清0T1CON=0 x30; 设置 1:8 分频，关闭 TMR1TMR1L=0 x00; /TMR1数据寄存器清零TMR1H=0 x00;TMR1ON=1; /开启 TMR1 中断CCP2IF=0; /CCP2中断标志位清0ccp_count+; 脉冲计数器加14.2测试过程程序程序流程图如图4所示。F. 羸貌蠢始化定时畀中断时数更景 time-Hjunt*=()+脉冲皑程中断什敬庾量明 f剧UI1L司。企忤CC瞠中断1L中葡株态僚拂*妹蕙2、说JtWc棒捕捉粮式 焉每2剥*神搦提妹蕙图4主程序流程图测试过程程序如下：unsigned long measu

7、re_course(unsigned charcatch_mode)time_count=0; 定时计数器清零ccp_count=O 脉冲计数器清零GIE=1; /允许全局中断PEIE=1; /允许外围中断TRISC1=0; /CCP2(RC1)输入CCP2IE=1; /允许 CCP2 中断CCP2IF=0; /CCP2中断标志位清0CCP2CON=catch_mode; 设置捕捉脉冲模式e(); 中断开始while(1) /等待定时中断，时间到则退出 if(ccp_count=2)break;di(); 中断结束TMR1ON=0; /关闭 TMR1CCP2CON=0 x00; 关闭 CCP2

8、CCP2IE=0; /关闭 CCP2 中断CCP2IF=0; /CCP2中断标志位清0TRISC1=0; /CCP2(RC1)输出TMR1IE=0; /关闭 TMR1 中断TMR1IF=O; /TMR1中断标志位清0PEIE=0; /关闭外围中断GIE=0; /关闭全局中断5性能评价传统的频率测量方法有两种：一是测周期求频率，这样对被测频率信号的信噪比要求高，否则就会产生较大的误差；另一种是计算单位时间内所产生脉冲数 量，虽然这种方法对信噪比要求不高，但是显示分辨率受到限制，并且会产生1的误差。本方案摒弃了传统的测量方法，采用测量脉冲个数及计算被测脉冲所经历时间的方法，完全避免了传统方法的弊端。在本方案中，CPU接外频标(如图2所示)，测量误差仅为时基误差，而较好的外频标的误差一般小于10-9，因而测量结果的有效数字最少可达8位以上， 使得低频测量与高