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【摘要】在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。在单片机和数字电路中，经常需要测量脉冲个数、脉冲宽度、脉冲周期、脉冲频率等参数。利用单片机内部高稳定度的标准频率源和定时/计数器，可方便地测量信号的频率和周期，实现计数器和频率计的功能。
【关键词】频率；测量；单片机设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
一、引言
在开发单片机系统时，可以用计数法作为初次测量频率的主程序，然后根据测量结果选择二次精确测量应选用两种方法中的那种，计数法和周期法能够比较容易的计算出被测量的频率，适合一般的应用，但是由于单片机本身执行指令需要時间，因而采用以上两种方法测量都存在误差，要的精确的测量结果必须根据所用单片机性能参数在程序中补偿，这里不再讨论。频率计由AT89C51、信号予处理电路、串行通信电路以及测量数据的显示电路还有系统软件所构成的，在当中信号的予处理电路包含了波形变换、波形整形以及分频电路。信号的予处理电路当中的放大器所实现的是对待测信号的一个放大的功能，能够降低对待测信号的幅度的一个要求，波形的变换和整形电路实现将正弦波样的一个正负交替的号波形转换成为能够被单片机所接受的一个信号，分频电路所用于扩展的单片机的频率测量范围并且通过实现单片机频率测量以及周期测量使用统一的一个输入的信号。系统软件有测量初始化的模块、显示的模块以及信号频率测量的模块等等。
二、频率的测量在单片机设计中的相关处理方法
以AT89C51单片机作为我们频率计的核心，通过它内部的一个定时计数器来进行对待测信号周期的一个测量。在89C51当中有2个16位的定时器，它们都是通过编码来进行事先定时、计数以及产生计数溢出中断要求的这一功能。在构成定时器的时候，每一个机器的周期加上一，然后这样就能够使得机器周期作为一个基准从而来测量出一个时间的间隔。然而在构成计数器的时候，就应当在相应的外部引脚发生一个从一到零的一个跳变时计数器加一，这样计数的闸门就能够在门的控制之下用来测量待测信号的一个频率。在外部输入每个周期进行采样一次，这样就能够检测出从一到零的跳变至少要两个周期，所以说最大的计数速率是时钟频率的二十四分之一。
定时器的工作通过相应的一个运行的控制位进行控制，当控制为一时，那么定时器就要开始计数了，当控制位为零时，那么就停止计数。设计的时候还要综合考虑到频率测量的精度以及测量反应时间的一个要求。譬如说当要求的频率测量结果是3位的有效数字，那么这个时候如果说待测的信号是1Hz的话，那么计数闸门的宽度就必须大于1000s。也是为了能够照顾到测量精度以及测量时间的需要，因此就将测量工作分成了两种方法进行。也就是说当待测信号的频率大于100Hz的时候，定时器也就成为了一个计数器，当以机器的周期为基准的时候，就通过软件产生一个技术闸门，这个时候当然要满足频率测量的结果是为三位的，如果技术闸门的宽度大于了一秒，那就表示为合格了。然而当待测信号的频率小于了100Hz的时候，也就构成了定时器，通过频率计的予处理电路将待测信号转换成了一个方波信号，当方波的宽度同待测信号的周期相等的时候，那么方波就作为了计数的一个闸门，也就是说当待测信号的频率等于了100Hz的时候，那么使用12MHz时钟的时候，最小的计数值就是10000，这样以来就能够完全满足到测量精度的一个要求。在当使用技术方法来实现频率测量的时候，此时外部的待测信号就是计数源，通过软件延时的程序能够实现计数闸门。
三、频率的测量在单片机设计系统硬件
在系统硬件的设计方面，必要介绍的一个就是信号的予处理电路：该电路是由四级的电路所构成，第一级通常是为零偏置的放大器，在当输入信号时零或者是负电压的时候，三极管是一个截止的状态，输出的信号为高电平，在当输入的信号时正电压的时候，三极管才导通，输入的电压会随着电压的上升而下降着。零偏置放大器将正弦波样的正负交替波形转换成为了一个单向的脉冲，这样就能够使频率计不仅能够测量方波的信号，而且还能够测量正弦波信号的一个频率。并且三极管所采用的开关三极管能够保证放大器有着良好的高频的响应。在第二级上所采用的是一个带施密特触发器的反相器7414，它能够将放大器生成的单相的脉冲转换成为同电平相互兼容的一个方波。
在显示电路上面所要采用的是静态的显示方式。频率测量结果通过译码，然后通过89C51的串行口送出。串行口工作于模式0，即同步移位寄存器方式。这时从89C51的RXD（P3.0）输出数据，送至串入并出移位寄存器74164的数据输入口A和B;从TXD（P3.1）输出时钟，送至74164的时钟输入口CP.74164将串行数据转换成并行数据，进行锁存。74164输出的8位并行数据送至8段LED，实现测量数据的显示。使用这种方法主程序可不必扫描显示器，从而单片可以进行下一次测量。这种方法也便于对显示位数进行扩展。
四、设计系统软件设计数据处理过程
在频率计开始工作，或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式。定时器/计数器的工作首先被设置为计数器，用于测量信号的频率。在计数的定时器/计数器0寄存器，运行控制位TR1，开始计数的抽样信号。计数闸门采用软件延时程序实现，从最小值计数闸门，是从大范围的启动频率测量。清末0计数闸门TR，停止计数。16米的寄存器的值以10进制数的转换程序转换成10进制数。确定在10进制数的位置，如果数字不是0有效位元，满足测量数据，测量和距离信息显示模块；如果该位为0，计数闸门宽度扩大10倍，对计数信号，直到满足要求的数据的有效位数。完成周期测量信号，需要做一个交互操作获取信号的频率。然后对其处理浮点运算，接收到的信号的频率与浮点格式表示的值。浮点数到BCD码转换模块，通过浮点格式表达式值的显示格式转换成本频率计的信号频率，发送到显示模块显示信号的频率值。该频率计是需要完成的周期频率转换，以确保测量结果的准确性，这里应用点算法。转换过程的周期，频率转换，包括：3字节固定浮点浮点运算和浮点数到BCD码。由于通过多次的转换精度，整个转换过程是不是很高，通过测量，精度约为2/1000.
五、结语
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。在单片机和数字电路中，经常需要测量脉冲个数、脉冲宽度、脉冲周期、脉冲频率等参数。利用单片机内部高稳定度的标准频率源和定时/计数器，可方便地测量信号的频率和周期，实现计数器和频率计的功能。本文所介绍的频率计的设计方法，所制作的频率计需要外围器件较少，适宜用于嵌入式系统。该频率计应用周期测量和相应的数学处理实现低频段的频率测量，因此很容易扩展实现信号的周期测量和占空比测量。相信在投入使用过程当中一定能够取得良好的应用效果。
参考文献：
[1]周航慈著.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[2]李华等编著.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013
【关键词】频率；测量；单片机设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
一、引言
在开发单片机系统时，可以用计数法作为初次测量频率的主程序，然后根据测量结果选择二次精确测量应选用两种方法中的那种，计数法和周期法能够比较容易的计算出被测量的频率，适合一般的应用，但是由于单片机本身执行指令需要時间，因而采用以上两种方法测量都存在误差，要的精确的测量结果必须根据所用单片机性能参数在程序中补偿，这里不再讨论。频率计由AT89C51、信号予处理电路、串行通信电路以及测量数据的显示电路还有系统软件所构成的，在当中信号的予处理电路包含了波形变换、波形整形以及分频电路。信号的予处理电路当中的放大器所实现的是对待测信号的一个放大的功能，能够降低对待测信号的幅度的一个要求，波形的变换和整形电路实现将正弦波样的一个正负交替的号波形转换成为能够被单片机所接受的一个信号，分频电路所用于扩展的单片机的频率测量范围并且通过实现单片机频率测量以及周期测量使用统一的一个输入的信号。系统软件有测量初始化的模块、显示的模块以及信号频率测量的模块等等。
二、频率的测量在单片机设计中的相关处理方法
以AT89C51单片机作为我们频率计的核心，通过它内部的一个定时计数器来进行对待测信号周期的一个测量。在89C51当中有2个16位的定时器，它们都是通过编码来进行事先定时、计数以及产生计数溢出中断要求的这一功能。在构成定时器的时候，每一个机器的周期加上一，然后这样就能够使得机器周期作为一个基准从而来测量出一个时间的间隔。然而在构成计数器的时候，就应当在相应的外部引脚发生一个从一到零的一个跳变时计数器加一，这样计数的闸门就能够在门的控制之下用来测量待测信号的一个频率。在外部输入每个周期进行采样一次，这样就能够检测出从一到零的跳变至少要两个周期，所以说最大的计数速率是时钟频率的二十四分之一。
定时器的工作通过相应的一个运行的控制位进行控制，当控制为一时，那么定时器就要开始计数了，当控制位为零时，那么就停止计数。设计的时候还要综合考虑到频率测量的精度以及测量反应时间的一个要求。譬如说当要求的频率测量结果是3位的有效数字，那么这个时候如果说待测的信号是1Hz的话，那么计数闸门的宽度就必须大于1000s。也是为了能够照顾到测量精度以及测量时间的需要，因此就将测量工作分成了两种方法进行。也就是说当待测信号的频率大于100Hz的时候，定时器也就成为了一个计数器，当以机器的周期为基准的时候，就通过软件产生一个技术闸门，这个时候当然要满足频率测量的结果是为三位的，如果技术闸门的宽度大于了一秒，那就表示为合格了。然而当待测信号的频率小于了100Hz的时候，也就构成了定时器，通过频率计的予处理电路将待测信号转换成了一个方波信号，当方波的宽度同待测信号的周期相等的时候，那么方波就作为了计数的一个闸门，也就是说当待测信号的频率等于了100Hz的时候，那么使用12MHz时钟的时候，最小的计数值就是10000，这样以来就能够完全满足到测量精度的一个要求。在当使用技术方法来实现频率测量的时候，此时外部的待测信号就是计数源，通过软件延时的程序能够实现计数闸门。
三、频率的测量在单片机设计系统硬件
在系统硬件的设计方面，必要介绍的一个就是信号的予处理电路：该电路是由四级的电路所构成，第一级通常是为零偏置的放大器，在当输入信号时零或者是负电压的时候，三极管是一个截止的状态，输出的信号为高电平，在当输入的信号时正电压的时候，三极管才导通，输入的电压会随着电压的上升而下降着。零偏置放大器将正弦波样的正负交替波形转换成为了一个单向的脉冲，这样就能够使频率计不仅能够测量方波的信号，而且还能够测量正弦波信号的一个频率。并且三极管所采用的开关三极管能够保证放大器有着良好的高频的响应。在第二级上所采用的是一个带施密特触发器的反相器7414，它能够将放大器生成的单相的脉冲转换成为同电平相互兼容的一个方波。
在显示电路上面所要采用的是静态的显示方式。频率测量结果通过译码，然后通过89C51的串行口送出。串行口工作于模式0，即同步移位寄存器方式。这时从89C51的RXD（P3.0）输出数据，送至串入并出移位寄存器74164的数据输入口A和B;从TXD（P3.1）输出时钟，送至74164的时钟输入口CP.74164将串行数据转换成并行数据，进行锁存。74164输出的8位并行数据送至8段LED，实现测量数据的显示。使用这种方法主程序可不必扫描显示器，从而单片可以进行下一次测量。这种方法也便于对显示位数进行扩展。
四、设计系统软件设计数据处理过程
在频率计开始工作，或者完成一次频率测量，系统软件都进行测量初始化。测量初始化模块设置堆栈指针（SP）、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式。定时器/计数器的工作首先被设置为计数器，用于测量信号的频率。在计数的定时器/计数器0寄存器，运行控制位TR1，开始计数的抽样信号。计数闸门采用软件延时程序实现，从最小值计数闸门，是从大范围的启动频率测量。清末0计数闸门TR，停止计数。16米的寄存器的值以10进制数的转换程序转换成10进制数。确定在10进制数的位置，如果数字不是0有效位元，满足测量数据，测量和距离信息显示模块；如果该位为0，计数闸门宽度扩大10倍，对计数信号，直到满足要求的数据的有效位数。完成周期测量信号，需要做一个交互操作获取信号的频率。然后对其处理浮点运算，接收到的信号的频率与浮点格式表示的值。浮点数到BCD码转换模块，通过浮点格式表达式值的显示格式转换成本频率计的信号频率，发送到显示模块显示信号的频率值。该频率计是需要完成的周期频率转换，以确保测量结果的准确性，这里应用点算法。转换过程的周期，频率转换，包括：3字节固定浮点浮点运算和浮点数到BCD码。由于通过多次的转换精度，整个转换过程是不是很高，通过测量，精度约为2/1000.
五、结语
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。在单片机和数字电路中，经常需要测量脉冲个数、脉冲宽度、脉冲周期、脉冲频率等参数。利用单片机内部高稳定度的标准频率源和定时/计数器，可方便地测量信号的频率和周期，实现计数器和频率计的功能。本文所介绍的频率计的设计方法，所制作的频率计需要外围器件较少，适宜用于嵌入式系统。该频率计应用周期测量和相应的数学处理实现低频段的频率测量，因此很容易扩展实现信号的周期测量和占空比测量。相信在投入使用过程当中一定能够取得良好的应用效果。
参考文献：
[1]周航慈著.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[2]李华等编著.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013