基于单片机的频率计设计

1、-. z.- - - .可修编 .摘要 本设计采用的是脉冲宽度测量法实现对频率的测量，采用了MCS-51系列的单片机AT89C51和五个硬件电路。单片机片内有两个独立的16位定时计数器,对被测信号进展分频后送入单片机,由单片机内部时钟12分频的脉冲信号对其测量,将测量的结果,经过运算后通过LED数码管显示出来。本文设计的频率计就是基于上述设计思路，实现测量的数字化、自动化、智能化。关键词 数字频率计；频率测量；周期测量；单片机控制-. z.目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc335142303 前言 PAGEREF _Toc335142303 h 1 HYPE

2、RLINK l _Toc335142304 1测量频率的方案及根本原理21.1数字频率计的测量方案选取 HYPERLINK l _Toc335142305 2HYPERLINK l _Toc3351423061.2 测量频率的根本原理2HYPERLINK l _Toc3351423072频率计的整体设计思想及设计框图4HYPERLINK l _Toc3351423082.1系统总体设计要求4HYPERLINK l _Toc3351423092.2设计思想4HYPERLINK l _Toc3351423103系统的实现5HYPERLINK l _Toc3351423113. 1硬件系统的组成5H

3、YPERLINK l _Toc33514231832软件系统的设计 PAGEREF _Toc335142318 h 10HYPERLINK l _Toc3351423214 被测信号的频率*围及其误差分析 PAGEREF _Toc335142321 h 13 HYPERLINK l _Toc335142322 4.1 频率运算的根本方法 PAGEREF _Toc335142322 h 14 HYPERLINK l _Toc335142323 4.2同步计数计时法 PAGEREF _Toc335142323 h 16 HYPERLINK l _Toc335142324 4.3 连续采样的两种方法

4、及其误差分析 PAGEREF _Toc335142324 h 17 HYPERLINK l _Toc335142325 44所测频率最大值f*ma* PAGEREF _Toc335142325 h 22 HYPERLINK l _Toc335142326 45所测频率最小值f*min PAGEREF _Toc335142326 h 22HYPERLINK l _Toc3351423275 结论 PAGEREF _Toc335142327 h 23HYPERLINK l _Toc335142328参考文献 PAGEREF _Toc335142328 h 24-. z.- .可修编 .-. z.-

5、 .可修编 .前言频率计是一种根底测量仪器，到目前为止已有30多年的开展史。一直以来，人们对频率计的特性主要有如下需求：1足够宽的频率测量*围；2高精度和高分辨率。精度是指测量的准确程度，即仪器的读数接近实际信号频率的程度，准确度越高测量越准确。分辨率说明很小的变化都能在仪器上显示出来，高分辨率可快速测出更小的漂移值和不稳定值。长期以来，人们测量频率的方法有两大种类：直接测量频率法，间接测量频率法。直接测量就是依据频率的定义对被测信号进展测量，即是单位时间内通常是一秒发出的脉冲个数，直接测量频率法在低频误差较大，不能满足设计要求。间接测量频率法有多种，较常用的是周期测量频率法和脉冲宽度测量法，

6、实际上周期测量和脉冲测量方法根本一样，本论文就是用的脉冲宽度测量法实现对频率的测量，他的特点是测量迅速、灵敏，构造简单，精度高，误差小。单片机是一门开展极快,应用方式极其灵活的使用技术。它以灵活的设计、微小的功耗、低廉的本钱,在数据采集、过程控制、模糊控制、智能仪表等领域得到广泛的应用。微电子技术和计算机技术的飞速开展,使得现代电子系统的设计和应用进入了一个全新的时代。高性能但构造简单的电子技术产品已经成为了市场的主体。频率的测量在生产和科研部门中经常使用, 频率计在教学、科研、仪器测量、工业控制等方面都有较广泛的应用。也是一些大型系统实时检测的重要组成局部。采用单片机与频率测量技术相结合可大

7、大提高频率计的自动化程度和灵活性,采用分频周期测量法可提高测频的准确度。本设计是对被测信号进展分频后送入单片机,由单片机内部时钟12分频的脉冲信号对其测量,将测量的结果,经过运算后通过LED数码管显示出来。本文设计的频率计就是基于上述设计思想。实现测量的数字化、自动化、智能化。众所周知，数字化、自动化、智能化已成为各类仪器仪表设计的方向,这里介绍一种用单片机控制的、全自动、数字显示的测量频率的方法。本论文基于单片机的频率计设计针对中高频的测量，该设计具有构造简单，价格低廉，使用方便，可靠性高，可自主更改测量频率*围，灵活性强等很多优点。1测量频率的方案及根本原理1.1数字频率计的测量方案选取频

8、率测量方法很多，但常用的是直接测量法和间接测量法。直接测频法是依据频率的含义把被测频率信号加到闸门的输入端,只有在闸门开通时间T(以1s计)内,被测(计数)的脉冲送到十进制计数器进展计数。设计数器的计数值为N,则可得到被测信号频率为f= N。但是由于闸门的开通、关闭的时间与被测频率信号的跳变难以同步,因此采用此测量方法在低频段的相对测量误差可能到达50%,即在低频段不能满足设计要求。直接测频法更加简单方便可行,直接测频法虽然在低频段测量时误差较大,但在低频段我们可以采用间接测频法测量,这样就可以提高测量精度了。间接测频法最常用的方法就是直接周期测量法。直接周期测量法是用被测周期信号直接控制计数

9、门控电路,使主门开放时间等于T*,时标为TS的脉冲在主门开放时间进入计数器。设在T*期间计数值为N,可以根据T*=NTS来算得被测信号周期。与直接测频法相似,经误差分析,用该测量法测量时,被测信号的周期越短,测量误差越大。也就是说,直接周期测量法在高频段时误差较大,但同样可以在高频段采用直接测频法来提高测量精度。下面我们选择和直接周期测量法相似的脉冲宽度测量法对被测信号进展频率测量。脉冲宽度测量，测量电路在检测到脉冲信号的上升沿时翻开计数器,在下降沿时关闭计数器。设脉冲宽度为TW*,计数时钟周期为TS =1/fs,计数结果为N,则根据TW*=N/fs=NTS就可得出测量结果。这种脉宽测量方法与

10、周期测量方法根本一样。由以上分析可得频率测量的主要思路，高频的我们可以通过分频转化为低频段进展测量。1.2 测量频率的根本原理频率测量的主要思路是:首先被测信号通过放大器进展放大，然后对放大后的脉冲信号整形、分频，其次由单片机控制选择器选择分频通道，被选择的分频信号进入单片机，最后用单片机中的标准频率的信号去测量一个或几个已分频的被测信号的周期(见图1-1,以4分频为例)。在被测信号的一个或几个周期内,通过的标准信号的脉冲个数为N,则被测信号的周期T*如下计算1。 T*=T0N/m 1-1其中m为分频数图1-1 测频原理图标准信号周期 T0 =1/f0 1-2所以被测信号频率 f* =1/T*

11、=mf0/N 1-3被测信号频率的相对误差： df*/f* =dN/N+dfo/f0 (1-4)f*=N + f0 1-5即：f*=N + f0为被测信号的相对误差; N= dN/N =1/N为读数的相对误差,即量化误差;fo=df0/f0 为标准频率的相对误差,由石英晶体振荡器决定,石英稳定度达 ,所以相对误差很小。假设不考虑标准频率的误差,则被测信号的相对误差为: (1-6)根据以上分析,被测信号的相对误差取决于N,N越大,被测信号频率的精度越高。由于标准信号f0不变,可采用对被测信号f*进展m分频的方法,来提高N,从而减小相对误差,提高被测频率的精度。2频率计的整体设计思想及设计框图2.

12、1系统总体设计要求测量*围：根据分频数值m自由设定测量信号电压：0.5V显示方式：6位LED数显频率测量、周期测量、自校、记数功能2.2设计思想单片机中一般都设有定时计数器,如MCS-51系列的单片机片内有两个独立的16位定时计数器, 本设计是对被测信号进展分频后送入单片机,由单片机内部时钟12分频的脉冲信号对其测量,将测量的结果,经过运算后通过LED数码管显示出来。本文设计的频率计就是基于上述设计思想从而实现测量的数字化、自动化、智能化。提高频率计的工作频率只能在硬件选材上下工夫。本文所设计的频率计,为了能实现对超高频的信号进展测频,保证测量的高精度,在硬件选材方面做如下选择:选用了前置分频

13、器CC74HC4040,其特点是工作频率高，且可工作于输入正弦信号的场合。选用了带施密特触发器的反相器7414。单片机的12MHz晶振选用超高精度的晶体振子TC*O器件,它具有对温度进展自动补偿的功能,其稳定度可达3PPM。单片机选用89C51,其片内有4KB的E2PROM、128B的RAM,故整个系统比拟简单。整个电路的功能框图2： 图2-1 系统构造框图3系统的实现数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进展测试，比方机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的

14、仪器系统实现包括硬件系统的实现和软件系统的实现。硬件系统五个电路单元和一个AT89C51单片机：软件系统设计的实现包括两个局部，主程序的设计和中断效劳子程序的设计。软硬件的严密配合，才能使频率计稳定、准确的工作。3. 1硬件系统的组成硬件系统包括五个电路单元和一个单片机AT89C51。硬件系统的五个电路单元分别为：1放大电路，2整形电路，3分频处理电路，4多路开关，5单片机外围电路及其显示电路。下面图3-1是系统的硬件电路图3。图3-1 系统的硬件电路框图下面分别对他们的作用和功能作简单的介绍。放大电路前向通道是由放大、整形、分频、多路开关四级电路组成(见上图3-1)。第一级电路是由开关三极管

15、组成的零偏置放大电路(见下列图3-2)。图3-2 零偏置放大电路 开关三极管组成的零偏置放大电路用来保证放大电路具有良好的高频响应, 当输入信号为零或负电压时, 三极管工作在截止状态,输出为高电平,当输入为正电压时,三极管工作在饱和状态，即导通状态,输出电压随输入电压上升而下降。零偏置放大器可把正负交替波形变换成单向脉冲， 该电路可以测量任意方波信号、正弦波信号、锯齿波信号、三角波信号等频率。放大器的放大能力实现了对小信号的测量，三极管应采用开关三极管以保证放大器具有良好的高频应。312整形电路 前向通道的第二级电路即为整形电路。整形电路采用带施密特触发器的反相器7414，其主要作用是对放大器

16、输出的信号进展整形,使其输出的信号脉冲与后级电路相兼容。也就是他用于把放大器生成的单向脉冲变换成与 CMOS电平相兼容的方波。 313分频处理电路 前向通道的第三级电路即为分频处理电路。 第三级采用12位二进制异步计数器CC74HC4040,对整形后的信号进展分频, 对输入信号的分频,从12个输出端输出的分别是对被测信号进展21、22、23、24、25、26、27、28、29、210、211、212分频,而该系统只取前八个输出与后级八选一电路中八个输入端相连。314多路开关 前向通道的第四级电路即为多路开关电路，也就是八选一数据选择器。 第四级电路是由CC74HC151构成的多路开关(见上图3

17、-1),将数据选择器的输出端直接与单片机的外中断INT1相连,通道的控制信号A2、A1、A0与CPU的I/O端P3.2、P3.1、P3.0相连,根据对被测信号相对误差的要求,CPU给出对应的控制信号,选择相应的分频输入通道,被测信号通过INT1的引脚向CPU申请中断。315单片机显示电路 输出显示,本电路采用动态显示的方法。实际使用的LED显示器都是多位的。对多位LED显示器,通常都是采用动态扫描的方法进展显示,即逐个地循环地点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮,但是由于人眼具有视觉残留效应,看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。 为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显

18、示器提供段字形代码的输入之外，还要对显示器加位的控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8条段控线有小数点显示；另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的接口电路。P1 口作为字型口输出口,即段控口输出口，以P1.0P1.7输出段控线。以输出8位字形代码。P2口作为字位口输出口, 即位控口，以P2.0P2.5输出位控线。考虑到单片机端口的驱动能力,在字型口(P2口)的输出端加74LS244单向驱动电路。单片机显示电路见图3-1 系统的硬件电路图。316AT89C51单片机4 ATMEL的AT89C51是一种带有4K字节可电擦除电编程的

19、只读存储器,高性能的8位CMOS处理器,可1000次循环写/擦,数据保存时间为10年右,128字节的内部RAM,32个可编程I/O线,2个16位的定时器/计数器,6个中断源,一个可编程串行通讯口，静态工作频率：0Hz-24MHz。 在本设计中, 单片机有三个作用。第一,采集数据,根据系统设计的相对误差要求,选择不同的分频输入,供标准信号去测量,测量得到的是脉冲个数N。第二,运算,将测量到的脉冲个数N,经过运算得到被测信号的频率;再将运算得到的十六进制的结果转换成用于显示的BCD码。第三,将要显示的结果查字型表通过动态扫描显示电路显示出来。图3-3 AT89C51的引脚排列引脚功能介绍：VCC：

20、供电电压。GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进展校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部

21、上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进展存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进展读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作

22、为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 R*D串行输入口 P3.1 T*D串行输出口 P3.2 eq *to(INT0) 外部中断0 P3.3 eq *to(INT1) 外部中断1 P3.4 T0记时器0外部输入 P3.5 T1记时器1外部输入 P3.6 eq *to(WR) 外部数据存储器写选通 P3.7 eq *to(RD) 外部数据存储器读选通 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时

23、间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想制止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOV*，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE制止，置位无效。 eq *to(PSEN) ：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期

24、两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 eq *to(PSEN) 信号将不出现。 eq *to(EA) /VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， eq *to(EA) 将内部锁定为RESET；当 eq *to(EA) 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。 *TAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 *TAL2：来自反向振荡器的输出。32软件系统的设计321主程序的设计5在主程序中先初始化各单元,T0工作在方式1(16

25、位的定时/计数方式) , 无门控定时状态。INT1工作在中断状态、边沿触发方式, 设置各标志位。显示子程序执行一次需6ms,而显示次数决定显示器的刷新时间,显示完毕后,将计算得到的结果转换成BCD码,送显示缓冲器,程序框图见下列图3-3。 开场 开场 清缓冲单元、结果单元 初始化标志位 初始化定时计数器 设INT1为边沿触发开中断 设置显示次数 设置显示次数 显示是否完毕 调用显示子程序 显示是否完毕 调用显示子程序N 有测量结果Y 有测量结果N Y 将结果转换成BCD码送显示缓冲器 将结果转换成BCD码送显示缓冲器 清测量完毕标志图3-4 主程序设计框图322中断效劳子程序的设计 第一次进入

26、中断效劳主程序后,对T0存放器TH0、TL0清零,选择分频通道, 初始状态为D0通道(2分频)。启动定时/计数器T0(TR0=1),返回主程序。第二次进入中断效劳子程序,首先停顿计数(TR0=0),判断T0是否溢出,假设溢出,则被测信号的频率低于设计频率,给出错标志,中断返回;否则判断相对误差是否到达要求,到达要求,根据公式f*=mf0/N计算出被测信号频率,中断返回;假设达不到要求,则修改数据选择器控制信号的地址,选择D1通道(4分频),以此类推到达相对误差要求为止,CC74HC151的地址、通道与分频的关系见表1 ,该电路的设计最高分频是,假设分频,还达不到要求,则被测信号的频率高于设计频

27、率,给出错标志,中断返回。表3-1CC74HC151的地址、通道与分频的关系6 A2 A1 A0 Y 分频0 0 0 D00 0 1 D10 1 0 D20 1 1 D31 0 0 D41 0 1 D51 1 0 D61 1 1 D7 显示子程序、计算被测频率及转换成BCD码子程序,较简单,这里不在讲述。下面是中断效劳子程序的流程图。 开场 开场测量是否完毕 Y测量是否完毕NF0=0NF0=0停顿计数TR0=0停顿计数TR0=0TH0 TLO清零 设置分频通道选择启动计数TR0=1TH0 TLO清零 设置分频通道选择启动计数TR0=1低于设计频率 给出错标志T0是否溢出Y低于设计频率 给出错标

28、志T0是否溢出误差是否到达要求F0取反误差是否到达要求F0取反计算Y计算高于设计频率 给出错标志通道选择是否完毕中断返回高于设计频率 给出错标志通道选择是否完毕中断返回Y设置测量完毕标志设置测量完毕标志选择下一通道图3-5 INT1中断子程序框图4 被测信号的频率*围及其误差分析频率运算法在速度、流量、以及旋转加速度等物理量的测量上被广泛采用。频率运算方法，有定时计数法测频法、定数计时法测周法和同步计数计时法。本文结合实际，对这几种方法加以探讨，并且对主要误差源加以分析，进而描述改良方法和缩小误差的过程。同步计数计时法结合了前两种方法的优点，在测量准确度上有了新的提高，并且又分出定时采集法和定

29、脉冲采集法，虽然都运用同步计数计时法，但是又分别与早期的测频法和测周法相似，往往又被归类为测频法新和测周法新；至于归类的合理性问题，在此不做探讨，但是将其根源的东西，在本文加以介绍，以便进一步探讨误差的来源和测量方法的改良，以及在运用中如何选择更加切合实际的测量方法。4.1 频率运算的根本方法定时计数法测频法在测量上有1的误差，低速时误差较大；定数计时法测周法也有1个时间单位的误差，在高速时，误差也很大。同步计数计时法综合了上述两种方法的优点，在整个测量*围都到达了很高的精度，误差率在万分之五以上的频率测量仪表转速表、流量表、频率计根本都是这种方法。下面以*JP-10B为例，介绍以前常被采用的

30、定时计数法测频法、定数计时法测周法和同步计数计时法；以便了解方法演变的过程。早期的*JP-10B转速数字显示仪，采用CMOS数字集成电路 。其原理可用如下三个框图表示7：图4-1 测频原理 框图一告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒或分钟信号，在计数显示控制器中生成存放脉冲和清零脉冲。存放脉冲将加法计数器的BCD码送入存放器，通过译码驱动，LED数码管显示一秒或分钟内的计数值，直到下一次存放脉冲的到来；紧接着清零，进展下一轮计数、存放译码显示；如此，不连续测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难觉察这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有 1的误

31、差。如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为2Hz, 1的误差，相对来讲就到达了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。低频时，如不延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，框图二正是说明这种方法。图4-2测周原理 将框图二与框图一进展比拟，我们不难觉察：上述二者的差异在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数，我们不难体会到，学科之间的内在联系无处不在。测周的误差：与测频相似，是1一个晶体振荡器脉冲，也就是1个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率准确

32、度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进展分频，确实是提高测周精度的好方法。在周期过长时，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。下面的框图表示了计数器的工作原理。图4-3计数器原理现在我们可以看出，*JP-10B转速数字显示仪，在CMOS数字集成电路的条件下，已经是一款十分完备的转速测量工具。 早期的*JP-10B转速数字显示仪，在今天看来有哪些缺乏呢？周期和频率都不能等同转速，频率与转速存在倍数关系，通过时基频率的分频采样时间的倍乘，根本满足了大都数用户的需要，测周则需要用户自己换算成转速。在今天的电子技术条件下，解决这些问题用单片

33、机或FPGA都比拟方便。则今天的设计者怎样设计新的智能频率计测速仪呢？下面以SQY01T智能测速仪计为例，介绍同步计数计时法。4.2同步计数计时法 同步计数计时法，是随着单片机的普及而得到普及运用。同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢？我们还是用时序来分析。定时计数时序图4-4时序一图4-5时序二时序图一：计时和计数脉冲不同步；时序图二：计时和计数脉冲同步。但不管计时和计数脉冲同步与否，都有1的误差。同理，定数计时也有1的误差。图4-6同步计数计时时序 当定时器与被测脉冲同步计数时，为防止被测脉冲计数1的误差，将定时作延时调整，等待被测脉冲计数完整；与此同时，取时间基准脉冲计数值。这样

34、脉冲计数N为零误差，时间基准脉冲计数T有1的误差。当时间基准脉冲源晶振误差小于十万分之一时，误差源主要是时间基准脉冲计数1误差引起。频率F=N/T,假定定时为1秒，时间基准脉冲周期为100S,T=10000+TF=N/(10000+T),误差f/f=N/(10000+T)-N/(10000+T1)/N/(10000+T) =1-(10000+T1)/(10000+T) =1/(10000+T)可见误差小于万分之一，随着晶振频率的提高误差减小。进一步分析误差源还要考量晶振频率的稳定度和误差，以及单片机中断响应滞后引起的误差。下面介绍的改良方法，应用在以32位ARM微处理器做为核心芯片的SQY11

35、-03智能频率计上。4.3连续采样的两种方法及其误差分析连续定时采样法 8图4-7 Tc采样时间首次中断：捕捉脉冲上升沿触发时间t0,记录脉冲计数值P0同时启动采样定时器Tctimer，等采样时间Tc到，给出采样时间到的标志；采样时间到后发生的脉冲上升沿触发中断，也就是末次中断。末次中断出现，捕捉脉冲上升沿触发时间t1,记录脉冲计数值P1；清时间到的标志为下次采集做准备，将这次的脉冲上升沿触发时间t和脉冲计数值P储存，并且清采样定时器Tctimer为下次采集做准备，允许运算；主程序做运算，保存运算结果。一次采集完毕。下次等采样时间到，给出时间到的标志；末次中断来，捕捉t1,记录P1；上次P1、

36、t1作为这次的P0、t0清时间到的标志，将这次的t和P储存，并且清采样定时器Tctimer，允许运算；主程序做运算，保存运算结果。又一次采集完毕。如此循环往复，连续不断地定时采集脉冲，测量频率和速度。F=Pclk *N/(t1-t0)，F表示被测频率；CPU时钟频率为66.3552MHz,定时器时钟频率Pclk为33.17762MHz；时钟周期为1/Pclk = 30.07 nS，因为捕捉计时有1的误差，假定Pclk误差限远小于1.00 e-8时，Pclk误差忽略不计频率误差：F = Pclk *N /(t1-t0) - Pclk *N /(t1-t01)Pclk *N /(t1-t0) *

37、(1/(t1-t01)误差率F/F = (1/(t1-t01) 当采样时间10mS时，t1-t0 0.01*Pclk =331776.2F/F 1/331776.2 = 3.01408 e-6当采样时间1S时，t1-t0 1*Pclk =33177620F/F 1/33177620 = 3.01408 e-84.3.2图4-8 P脉冲采样数首次捕捉中断：捕捉脉冲上升沿触发时间t0,P计数器置0；捕捉中断,P计数器加1；末次中断：等脉冲数等于P，储存t0、捕捉t1，储存t1；P计数器置0，t1做t0；置允许运算标志；做运算，保存运算结果。一次采集完毕。再次捕捉中断,P计数器加1；再末次中断：等脉

38、冲数等于P，储存t0、捕捉t1，储存t1；P计数器置0，t1做t0；置允许运算标志；做运算，保存运算结果。又一次采集完毕。如此循环往复，连续不断地定脉冲数采集，测量频率或速度。F=Pclk *P/(t1-t0)，F表示被测频率；CPU时钟频率为66.3552MHz,定时器时钟频率Pclk为33.17762MHz；时钟周期为1/Pclk = 30.07 nS，因为捕捉计时有1的误差，假定Pclk误差限远小于110 -8时，Pclk误差忽略不计频率误差：F = Pclk *P /(t1-t0) - Pclk *P /(t1-t01) Pclk *P /(t1-t0) * (1/(t1-t01)误差

39、率F/F = (1/(t1-t01) = 1/Pclk*F/P 定脉冲采样法的误差率与被测频率和脉冲采集数的比例成正比，也与计时器的时钟频率成反比。F/F = 1/Pclk*F/P = 3.01408e-8 *F/P假定被测频率为1.00MHz,脉冲采集数P为10000，则：F/F = 3.01408e-8 *F/P = 3.01408e-8 *1000000/10000=3.01408e-6 连续采样定时采样法和定脉冲采样法的实施方法连续采样定时采样法和定脉冲采样法的实施方法以SQY11-03智能频率计为例加以说明：SQY11-03智能频率计的硬件构造：SQY11-03智能频率计,只需要较少

40、的外围构造，便构成了高性能的频率计；因为LPC2103丰富的内部资源可以通过软件配置来实现用户的目的。连续采集通过1/N分频器分频输出的信号，由于计数器和计时器完全同步计时器采用高速捕捉，计时误差小于30nS，可以理解为同步,如果以10mS为采集周期，采集运算误差小于5.00 e-5，,如果以100mS为采集周期，采集运算误差小于5.00 e-7，当误差要求低于1.00 e-6时，一般来讲误差来自晶体振荡器；选择稳定误差小的晶振如温补晶振、压控晶振、恒温晶振等，成了提高精度的主要手段。SQY11-05智能测速仪根本误差：5.0e-5， SQY11-03智能频率计根本误差：5.0 e-5。 图4-9 面板显示第一行显示频率或转速r/min，SQY11-05；第二行显示周期；第三行显示计数。可以根据测量准确度的要求，调整保存的小数点位；采样时间可以根据测量的动态实时性需要，在10mS 100S之间调整；测量分低频、中频和高频三档：低频：0.010Hz 1000.00 Hz ，采样时间在10mS 100S之间调整；中频：0.100Hz 100.000 kHz ，采样时间在10mS 10S之间调整；高频: 100.0Hz 10.0000 MHz ，采样时间在10mS 1S之间调整。根据测量*围的变化，可以通过软件参数的设置，改变分频数将进入计数器的信号频率转化为 0.10Hz 1