如何利用MCS-51單片機對周期波頻率進行測量

2020-11-24 電子發燒友

如何利用MCS-51單片機對周期波頻率進行測量

發表於 2019-04-18 15:33:46

對於周期波頻率的測量方法很多，但大多是通過測量間接計算頻率。本文介紹了用目前應用比較廣泛的MCS-51系列單片機對周期波頻率進行測量，並通過LED以數字形式直觀地示出頻率，實現測量的智能化，省去間接對頻率計算的麻煩與錯誤。文章對其測量原理，設計和實現作了說明，介紹了主要程序，並進行了誤差分析。

目前單片機廣泛應用到國民經濟建設和日常生活的許多領域，成為測控技術現代化不可缺少的重要工具。而本文適應這一發展趨勢，把MCS-51系列單片機應用於對周期波頻率的測量，並通過LED顯示器自動顯示出來，這對於頻率的測量帶來了極大的方便。

設計思想

利用施密特觸發器將邊緣緩慢變化的周期性信號如正弦波、三角波或任意形狀的模擬信號變換成同頻率的矩形脈衝。通過MCS-51系列單片機內部的兩個十六位定時/計數器測量某段時間內的外加脈衝數，經過處理並通過LED直接顯示出所加信號的頻率。單片機內部的TO用來定時，Tl用來計數（下降沿觸發）。當來一個計數脈衝則計數一次。在TO開始定時的同時，T1開始計數；TO定時1s時間到時，T1停止計數。方框圖如下圖所示。

硬體設計

測量頻率的硬體電路主要由計數脈衝形成電路和計數顯示電路兩大部分組成。計數脈衝形成電路用「555」定時器接成施密特觸發器對外加的周期波進行變換，使之輸出為矩形脈衝。電路如上圖所示，計數顯示電路如下圖所示，主要包括：

（1）由INTEL公司生產、晶振頻率為12MHz的89S02單片機。通過軟體編程使它內部的定時器TO定時，Tl對外部的所加脈衝計數。然後把測量結果值通過PO口輸出。89S02自帶8K快閃記憶體，可以有90～100個現場測量數據，供回放調檢。

（2）4位七段共陰極的LED顯示器。

（3）由於採用的是4位共陰極的動態掃描方式顯示，段代碼由89S02的PO口提供，位選線則由89S02P2口的P2.0～P2.3提供。由於89S02的輸入，輸出口不能提供足夠的灌電流，因此用G1～G4提供給LED足夠的顯示電流。

軟體設計

用MCS-51單片機測量頻率的程序主要包括：初始化程序，定時計數程序、LED顯示程序。初始化程序略。定時計數主要程序：

測量範圍

在上述程序下的最大測量頻率為255Hz。適當調整程序後的最大測量頻率可為89S02主頻的1/12，但在保證測量精度的前提下最大測量頻率宜安排在主頻的1/100以下。

誤差分析

上述程序的最大測量頻率為255Hz，由於單片機在響應中斷的時候有2～6個機器周期，按最大誤差計算，6-2=4個機器周期，在1s鍾中斷響應一共發生20次，最不利的累計誤差時間為4×20=80微秒，因此在此程序下的最大誤差為80/1000000=0.08/1000，這樣的精度完全能滿足現場檢測的需要。

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