PIC单片机等精度测量频率法

PIC单片机等精度测量频率法单片机测量频率，是一个比较常见但又不好解决的问题。

主要是测量频率是高端和低端不能兼顾的问题。

测量频率无非两种方法：1.在一段固定的时间及脉冲的个数，然后除时间得到频率。

2.测量脉宽计算频率。

第一种方法，适合测频率在1KHz以上的脉冲信号。

因为要保证测量精度在0.1%，至少要保证脉冲个数在1000个，假设测10HZ左右的信号，则一个测试周期需要100秒，这显然不是我们所能接受的。

第二种方法，适合测频率小于1KHz的信号。

因为要保证测量精度在0.1%，在一个脉冲宽度（1ms）内，作为时标的定时器至少要走1000个数（此时PIC 的晶振理论上至少也要4MHz）。

事实上，想利用上述两种方法精确测量宽范围的频率，几乎是不可能的。

PIC系列特有的平级中断，也使其测量频率比51系列测量困难。

等精度数字测频基本框图等精度数字测频基本框图如下fx图中的闸门G1、G2分别用来控制输入信号周期计数和闸门时间宽度计时。

其中，G1与输入信号同步，这样可使计数器N1的量化误差dN1=0。

计数器N2对标准时标信号Tc进行计数，并以此来测量实际的闸门宽度Tg,则输入信号的频率可表示为：fx=N1/Tg=N1/(Tc*N2)标准时标信号采用单片机自身的工作时钟，可看作常数。

因此fx的相对误差为：dfx/fx=dN1/N1-dN2/N2=-dN2/N2式中，dN2为计数器N2产生的量化误差，最大为±1个Tc，在实际设计中，选择适当的时标Tc和闸门宽度Tg可是N2始终足够大，以次在fx的全频段范围内得到足够高的精度。

等精度测量法的实质就是一种变相的测脉宽法。

在实际使用时（PIC为例），可将Timer0作计数器N1，Timer1作计数器N2，外部中断INT0同T0连在一起，作为Tg信号，如图：fx T0INT0PIC首先打开INT中断，允许Timer0计数，当一个fx的上升沿来临时，触发INT中断。

第八讲三、设计实例等精度频率、占空比测量仪1．综述传统频率测量方法是对设定的闸门时间内脉冲进行计数，有两个主要因素影响精度，其一是闸门时间的准确度，其二是对低频信号的取整误差，为了消除以上两个因素的影响可选择等精度测频法。

但等精度测频法占用可编程器件资源量大，如选用24位计数器的频率计，仅测频部分就占用了EPM7128芯片的百分之九十以上的资源；若选用100MHz标准时钟，其闸门时间仅能选择在0.168s以下，测频范围在6Hz以上，限制了对低频的测量。

若要扩大低频量程，需要相应增大可编程器件容量，则体积、功耗和价格相应增加。

本文所述等精度频率、占空比测量仪采用将复杂可编程逻辑器件（CPLD）与低功耗单片机相结合，由CPLD完成高频信号计数，单片机完成低频信号计数、频率和占空比计算和显示控制等功能，即简化了仪器的结构，又扩大了低频量程。

如单片机采用长整形变量计数（32位），再加上CPLD中16位计数器，等效为48位计数器构成的等精度测量仪，当选用100MHz标准时钟时，低频范围可达3.55×10-7Hz。

本文所述等精度频率、占空比测量仪结构框图如图8-1所示，CPLD可编程逻辑器件选用的是EPM7064芯片，单片机可根据实际情况选用。

图8-1 等精度频率、占空比测量仪结构框图单片机发出如下所示控制信号：CLEAR：SLCE为高时CPLD芯片内各计数器清零信号；SLCE为低时占空比清零和测量启动信号。

SLCE：功能选择控制信号。

高电平测频；低电平测占空比。

CONTRL：闸门时间信号。

高电平测频；低电平测占空比。

S[2..0]：输出选择控制信号。

000—CPLD 输出标准时钟信号四位计数值最低位；001—CPLD 输出标准时钟信号计数值次低位；010—CPLD 输出标准时钟信号计数值第三位；011—CPLD 输出标准时钟信号计数值第四位；100—CPLD 输出被测信号四位计数值最低位；101—CPLD 输出被测信号计数值次低位；110—CPLD 输出被测信号计数值第三位；111—CPLD 输出被测信号计数值第四位。

基于单片机的等精度测频法及其应用研究一、研究背景在许多电子测量中，频率是一个基本参数。

然而，频率测量是非常复杂的，特别是对于高频率和低频率的测量。

精确的频率测量对于各种电子设备的研究和制造都非常重要。

传统测频法中常用的是时间差测量法和计数测量法，这两种方法都具有测量精度不够高及难于自动化等缺点。

因此，需要研究一种更高精度的测频方法，这就是等精度测频法。

二、等精度测频法的基本原理等精度测频法是一种基于数字信号处理技术的测频方法。

该方法基于两个相邻的周期振荡信号之间的相位差求得信号的频率。

其基本原理如下：在相邻的周期T1和T2之间，通过计算第一个周期的信号与第二个周期信号之间的相位差$\\Delta\\phi$，反推出第二个周期信号的频率f：$$ f = \\frac{1}{2\\pi}\\cdot\\frac{\\Delta\\phi}{T_2-T_1} $$由上式可知，等精度测频法只需要获取两个相邻周期信号的相位差和两个周期的时间，即可求出信号的频率，测量精度较高。

三、等精度测频法的软件实现等精度测频法的实现需要用到数字信号处理技术，可以通过单片机结合C语言软件实现。

主要步骤如下：1.信号采样将需要测量的信号经过高精度的AD采集电路进行采样，将信号转换成对应的数字信号。

2.相位差计算通过数字信号处理技术，计算出相邻周期信号之间的相位差。

3.频率计算根据相邻周期信号的相位差和两个周期的时间，计算出信号的频率。

4.结果输出将计算出的结果输出到数码显示管等输出模块中，实现信号的频率测量功能。

四、等精度测频法的应用等精度测频法在电子设备制造、通信领域、科研实验等方面都具有重要应用价值。

例如：1.信号频率稳定性测试将需要测试的信号经过等精度测频法测量其频率稳定性，可用于评估设备的性能。

2.信号调制解调信号的调制解调中需要精确测量信号的频率，等精度测频法可以实现这一功能。

3.相位锁定在数字信号处理中，需要实现相位锁定功能来避免信号相位偏差造成的误差。

基于单片机的等精度数字测频在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数，频率与其他许多电参量的测量方案，测量后果都有十分密切的关系。

因此，频率的测量就显得更为重要，而且，目前在电子测量中，频率的测量精确度最高。

由于数字电路的飞速发展和数字集成电路的普及，电子计数器已成为近代测量的重要手段。

它可严格按照式f=N/T所表达的频率的定义进行测频，原理方框图如图1所示。

图1：电子计数器测频原理方框图首先，被测信号通过放大整形，形成幅度一致，形状一致是计数脉冲。

然后，M将它加到闸门的一个输入端，闸门由门控信号来控制其关闭时间。

计得的脉冲送至译码，再送显示器显示出来。

而由晶振产生的1MHz的振荡信号经放大整形，形成方波，经多个10分频10s,1s,0.1s,0.01s,1ms,那么有fx=N/T符合测频定义。

根据f=N/T，不难看出，采用计数器测频的测量误差，一方面决定于闸门时间T准不准确，即由晶振提供的标准频率的准确度ΔT/T=-(Δfo/fo)；另一方面决定于计数器计得的数准不准，即“±1误差”，ΔN/N=±1/N=±（1/T*fx）。

所以，计数器直接测频的误差主要有两项，即±1误差和标准频率误差。

测低频时，由于±1误差产生的测频误差大得惊人，所以不宜采用直接测频方法。

由于fx 较低时，利用计数器直接测频，由±1误差所引起的测频误差将会大的不可允许的程度。

所以，为了提高测量低频时的准确度，即减少±1误差的影响，可改成先测周期Tx，然后计算fx=1/Tx。

测量原理：首先Tx经放大整形控制双稳态触发器形成门控信号，控制闸门的开闭；然后晶振产生的1MHz的振荡信号，经放大整形形成方波，产生幅度一致，形状一致是计数脉冲。

当闸门打开时，对计数脉冲进行计数；闸门关闭时，停止计数。

计得的脉冲送译码，送显示。

图2：电子计数器测周期原理图8XX51单片机的定时器T1由TH1，TL1组成，定时器T0由TH0，TL0组成。

51单片机测量频率的方法2012-12-10 11:1151单片机的测量频率方法有很多，这里谈的是，将被测量信号经过整形后转换成方波信号，利用单片机查询两个上升沿，在此期间根据晶体振荡器产生的周期为 Tc的脉冲送计数器进行计数，设计数值为N，则得被测量信号的周期值Tx=Tc×N，然后取其倒数即为被测量信号的频率。

当然如果利用单片机的捕捉功能，实现起来可能程序更加简练。

下面频率测量计数波形示意图程序代码如下/*-------------------------------------测量周期法的基本原理:在被测信号Ｔ内，对某一基准时间进行计数,基准时间与计数值的乘积便是被测周期. ---------------------------------------*/#include"at89x51.h"#define uint unsigned intuint count, period;bit rflag = 0; //设置周期标志void control(void){TMOD = 0x09; //T/C0为方式１，INT0 为１是启动定时器IT0 = 1; //脉冲方式（后沿负跳有效）进入中断TH0 = 0;TL0 = 0;P1_0 = 0; P1_0 = 1; //触发器清零TR0 = 1; //启动T/C0EX0 = 1; //只开外部中断１EA = 1; //开总中断}void INT_0(void) interrupt 0 using 1 //INTO中断服务{EA = 0;TR0 = 0;count = TL0 + TH0 * 256;//取计数值rflag = 1; //设标志EA = 1;}main(){control();while(rflag == 0); 、//等待一个周期period = count * 2; //fosc = 6MHz,2us计数增１，周期值单位us }。

毕业设计（论文）摘要频率是电子技术领域内的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数。

稳定的时钟在高性能电子系统中有着举足轻重的作用，直接决定系统性能的优劣。

随着电子技术的发展，测频系统使用时钟的提高，测频技术有了相当大的发展，但不管是何种测频方法，士1个计数误差始终是限制测频精度进一步提高的一个重要因素。

本设计采用等精度频率设计原理和8051软核做微处理器。

通过分析士1个计数误差的来源得出了一种新的测频方法:检测被测信号，时基信号的相位，当相位同步时开始计数，相位再次同步时停止计数，通过相位同步来消除计数误差，然后再通过运算得到实际频率的大小。

充分利用8051软核简化外围电路及降低系统设计的复杂度。

采用VHDL语言，成功的编写出了设计程序，并在Qutus II软件环境中，对编写的VHDL程序进行了仿真，得到了很好的效果。

最，给出了较详细的设计方法和完整的程序设计以及调试结果。

关键词:EDA、FPGA、全同步、数字频率计、VHDL语言、8051ABSTRACTFrequency is a basic parameter of elcetornics field，meanwhile，it’saver important Param ete.Stable clock is very important in high electronics syetem.determining the syetem perfermance directly.With the development of technology of electronics，the frequency measurement System using higher clock，the frequency measurement technology has very nice development .In despite of using all other advanced ftequency measurement methods，the Positive and negativel errors was a very important factor that stop frequency measurement precision improving all through. This design uses the design principle and the frequency of such precision 8051 soft nuclear do microprocessors.Through analyzing the origin of the Positive and negative got a new frequency measurement methods: checkingt measured and standard signal’s Phase，if the Phase is synchronous.then the counters start counting when the signal’s Phase is synchronous again. The counters to stopping working by Phase in一Phase to eliminate counting erors，then getting the real frequency through calculating. Make full use of the 8051 soft IP simplified peripheral circuit and reduce the complexity of the system design. the design of complete digital cymometer was successful using VHDL language, successful writing out design program, and in Qutus II software environment ,and procedures obtained good effect. The detail is presented, the design method and program design and commissioning of full results.Keywords：EDA、FPGA、、Complete ln-phase、DigtaICymomcter、VHDL、8051目录摘要..................................................................................................................................... I I ABSTRACT . (III)绪论 (1)第一章系统分析与方案论证 (3)第二章微处理器的简介 (5)2.1 FPGA简介 (5)2.1.1 FPGA的工作原理 (5)2.1.2 FPGA配置模式 (6)2.2 8051单片机IP软核应用系统构建 (7)2.2.1 8051单片机IP软核应用系统构建 (7)2.2.2 K8051单片机软核基本功能和结构 (7)第三章频率计的工作原理 (11)3.1 测频原理介绍 (11)3.2 测周原理 (13)第四章系统硬件的设计与实现 (14)4.1 系统的整体框图 (14)4.2 K8051单片机软核实用系统构建和软件测试 (14)4.3 测频模块的设计及调试 (15)第五章系统软件设计 (22)5.1 系统软件总体设计 (22)5.2 测频及测周程序设计 (22)5.3 显示程序设计 (24)第六章系统整体调试 (25)结束语 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)附件1.总体硬件图 (29)附件2 单片机控制程序 (30)绪 论随着 数 字 电路应用越来越广泛，传统的通用数字集成电路芯片已经很难满足系统功能的要求，而且随着系统复杂程度的不断增加，所需通用集成电路的数量呈爆炸性增长，使得电路板的体积迅速膨胀，系统可靠性难以保证。

第 10章 利用 CCP 模块设计频率计#include <math.h>table[11]={0xc0 ，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0XD8 ，0x80，0x90，0xFF} ；//不带小数点的显示段码表const char table0[11]={0X40 ，0X79，0X24，0X30，0X19，0X12，0X02，0X78，0X00， 0X1 0 ，0xFF} ；//带小数点的显示段码表10.5 程序设计 10.5.4 #includ e #includ e 程序清单 <pic.h><stdio.h> //本程序利用 CCP1模块实现一个“简易数字频率计”的功能const charint cp1z[11]；cp1 y1；unsignedcharcp1e[2]；bank3 union {int //定义一个数组，用于存放各次的捕捉值 }cp1u ；unsigned unsigned unsigned char COUNTW ，COUNT ；char COUNTER ， data ，k ；char FLAG @ 0XEF ； //定义一个共用体 //测量脉冲个数寄存器#define FLAGIT(adr ，bit) ((unsigned)(&adr)*8+(bit)) //绝对寻址位操作指令 staticbit FLAG1staticbit FLAG2staticbit FLAG3unsignedintdouble@ FLAGIT(FLAG ， @ FLAGIT(FLAG ， @ FLAGIT(FLAG ， char s[4] ； T5 ，uo ； RE5； puad5； 0）； 1）； 2）； //定义一个显示缓冲数组 double//spi 方式显示初始化子程序void SPIINIT(){PIR1=0；SSPCON=0x30；SSPSTAT=0xC0；〃设置SPI 的控制方式，允许SSP 方式，并且时钟下降沿发送，与"74HC595，当其 //SCLk 从低到高跳变时，串行输入寄存器 "的特点相对应TRISC=0xD7 ； //SDO 引脚为输出，SCK 引脚为输出 TRISA5=0； //RA5 引脚设置为输出，以输出显示锁存信号 FLAG1=0 ；FLAG2=0 ；FLAG3=0 ；COUNTER=0X01 ；}//CCP 模块工作于捕捉方式初始化子程序void ccpint( ){CCP1CON=0X05； T1CON=0X00 ； PEIE=1； CCP1IE=1； TRISC2=1； }//系统其它部分初始化子程序//为保证测试精度，测试 5 个脉冲的参数后//求平均值，每个脉冲都要捕捉其上升、下降沿，//故需要有 11 次中断TRISB1=0；TRISB2=0；TRISB4=1；TRISB5=1； RB1=0；RB2=0； }//SPI 传送数据子程序{SSPBUF=data ； do { }while(SSPIF==0) ；//首先设置 CCP1 捕捉每个脉冲的上升沿 //关闭 TMR1 震荡器//外围中断允许 (此时总中断关闭 ) //允许 CCP1 中断//设置 RC2 为输入void initial( ){COUNT=0X0B ； //设置与键盘有关的各口的输入、输出方式 //建立键盘扫描的初始条件void SPILED(data)//启动发送SSPIF=0；} //显示子程序，显示 4 位数 void display( ){RA5=0 ； //准备锁存for(COUNTW=0 ；COUNTW<4 ； COUNTW++){ data=s[COUNTW] ； data=data&0x0F ；if(COUNTW==k) data=tableO[data]; 〃第二位需要显示小数点 else data=table[data]；SPILED(data); }for(COUNTW=0 ; COUNTW<4 ; COUNTW++){ data=0xFF ; SPILED(data); }RA5=1; } //键盘扫描子程序 void keyscan( ) {if((RB4==0)||(RB5==0)) else FLAG1 = 0 ；}//键服务子程序{ PORTB=0XFD ;if(RB5==0) data=0X01;if(RB4==0) data=0X03;PORTB=0XFB ;if(RB5==0) data=0X02;if(RB4==0) data=0X04; PORTB=0X00; if(data==0x01) { COUNTER=COUNTER+1 ; if(COUNTER>4)COUNTER=0x01 ; 〃若COUNTER 超过 4,则又从 1 计起void keyserve()//发送显示段码//连续发送 4个 DARK ，使显示好看一些 //最后给一个锁存信号，代表显示任务完成 FLAG1=1 ；//若有键按下，则建立标志 FLAG1//若无键按下，则清除标志 FLAG1//以上确定是哪个键按下//恢复 PORTB 的值//若按下 S9 键，则 COUNTER 加 1} if(data==0x02) { COUNTER=COUNTER-1 ； //若按下 S11 键，则 COUNTER 减 1 if(C0UNTER<1) COUNTER=0x04 ; 〃若 COUNTER 小于 1, } if(data==0x03) FLAG2=1 ； if(data==0x04) FLAG2=0 ； } //中断服务程序 void interrupt cp1int(void) {CCP1IF=0； cp1u.cp1e[0]=CCPR1L ； cp1u.cp1e[1]=CCPR1H ； cp1z[data]=cp1u.y1；CCP 1CON=CCPICONTOXOI ;data++；COUNT--；} //周期处理子程序//若按下 S10 键，则建立标志 //若按下 S12 键，则清除标志 //清除中断标志 则又循环从 4 计起 FLAG2 FLAG2 //存储 1 次捕捉值 //把 CCP1 模块改变成捕捉相反的脉冲沿 void PERIOD( ){T5=cp1z[1O]-cp1z[O] ；RE5=(double)T5；RE5=RE5/5；}//频率处理子程序 //求得 5 个周期的值 //强制转换成双精度数 〃求得平均周期，单位为卩s void FREQUENCY( ) {PERIOD( )；RE5=1OOOOOO/RE5；//先求周期 //周期值求倒数，再乘以 1 000 000，得频率， //单位为 HZ }//脉宽处理子程序void PULSE( ) {int pu ；for(data=0， puad5=0；data<=9；data++) {pu=cp1z[data+1]-cp1z[data]；puad5=(double)pu+puad5；data=data+2；}RE5=puad5/5；}//占空比处理子程序//求得5 个脉宽的和值//求得平均脉宽void OCCUPATIONAL( ) {PULSE( )；puad5=RE5；PERIOD()；RE5=puad5/RE5；} //主程序//先求脉宽//暂存脉宽值//再求周期//求得占空比main( ) {SPIINIT( ) ；while(1) { ccpint()；initial() ；if(FLAG2==0) { s[0]=COUNTER ；s[1]=0X0A ；s[2]=0X0A ；s[3]=0X0A ；} display( )；keyscan()；data=0x00；TMR1H=0 ；TMR1L=0 ；CCP1IF=0；//SPI 方式显示初始化//CCP 模块工作于捕捉方式初始化//系统其它部分初始化//第一个存储COUNTER 的值//后面的LED 将显示"DARK"//调用显示子程序//键盘扫描//存储数组指针赋初值ei( )；TMR1ON=1 ；while(1){if(COUNT==0)break ；//定时器1清0//清除CCP1 的中断标志，以免中断一打开就进入//中断//中断允许//定时器1 开//等待中断次数结束//禁止中断//关闭定时器//键盘扫描//若确实有键按下,则调用键服务程序 //如果没有按下确定键,则终止此次循环, //继续进行测量 //如果按下了确定键,则进行下面的数值转换和显示工作 if(COUNTER==0x01) FREQUENCY() ； //COUNTER=1 ,则需要进行频率处理 if(COUNTER==0x02) PERIOD() ；//COUNTER=2 ,则需要进行周期处理 if(C0UNTER==0x03) OCC UP A TIONAL() ; //COUNTER=3，则需要进行占空比处理 if(COUNTER==0x04) PULSE() ；k=5;if(RE5<1){RE5=RE5*1000;k=0x00;if(RE5<10){RE5=RE5*1000；k=0x00； if(RE5<100){RE5=RE5*100；k=0x01 ；if(RE5<1000){RE5=RE5*10；k=0x02；RE5=RE5；uo=(int)RE5；sprintf(s , "%4d" , uo)；display()； } di()； TMR1ON=0 ； keyscan()； if(FLAG1==1) keyserve() ； if(FLAG2==0) continue//COUNTER=4 ，则需要进行脉宽处理 } else } else } else } else〃若RE5<10,则乘以1 000,保证小数点的精度 〃若RE5<100，则乘以100,保证小数点的精度 〃若RE5<1000,则乘以10,保证小数点的精度 〃把需要显示的数据转换成 4位ASII 码，且放入数//组 S 中〃若RE5<1，则乘以1 000，保证小数点的精度。

单片机测量信号频率的方法
1.基于定时器的频率测量方法：
这是最常见的测量信号频率的方法之一、单片机内部的定时器可以作为频率计数器，通过设定定时器的预定数值，开始计数，当计数溢出时，说明已经计满一个周期，从而可以根据溢出的次数计算出信号的频率。

2.基于输入捕获的频率测量方法：
这种方法是通过输入捕获功能来测量信号频率。

单片机的输入捕获功能可以用于捕获外部信号的上升沿或下降沿，并记录下捕获到的时间。

通过连续捕获两个上升沿或下降沿之间的时间差，可以计算出信号的周期，从而获得信号的频率。

3.基于计数器的频率测量方法：
这种方法一般用于高频信号的测量。

通过将信号输入到单片机的一个计数器引脚，设置计数器在一定时间内累加该信号的脉冲数，然后通过计算脉冲数与时间的比值来获得信号的频率。

4.基于软件延时的频率测量方法：
这种方法适用于信号频率较低的情况。

通过在程序中使用软件延时的方式来计算指定时间内信号的脉冲数，并通过脉冲数与时间的比值来计算信号的频率。

需要注意的是，测量信号频率还需要考虑到一些细节问题，例如时钟的精度、测量时间的长度以及测量结果的误差等。

在实际应用中，还需要结合具体需求来选择合适的测量方法和相应的参数设置。

同时，根据不同的单片机型号和功能，可能还有其他特定的测量频率的方法，因此在实际应用中，需要根据具体的单片机型号和数据手册来选择合适的方法和配置参数。

等精度法测频率计的原理引言：等精度法测频率计是一种常用的频率测量方法，它利用稳定的参考信号与待测信号进行比较，从而精确地测量待测信号的频率。

本文将介绍等精度法测频率计的原理及其工作流程。

一、原理概述：等精度法测频率计的原理基于频率比较技术，通过将待测信号与参考信号进行相位比较，从而得到待测信号的频率信息。

其核心思想是将待测信号与参考信号进行周期性的比较，通过计算比较结果的平均值来消除测量误差，从而提高测量精度。

二、工作流程：等精度法测频率计的工作流程主要包括以下几个步骤：1. 产生参考信号：首先需要产生一个稳定的参考信号，通常使用高稳定度的晶振或标准频率源作为参考信号源。

2. 将待测信号与参考信号进行比较：待测信号与参考信号经过相位比较，得到相位差信息。

3. 相位差计算：通过测量待测信号与参考信号的相位差，可以计算出待测信号的周期。

4. 周期计算：根据相位差计算出的周期信息，可以得到待测信号的频率。

5. 精度提高：为了提高测量精度，需要进行多次测量并取平均值，以消除测量误差。

三、关键技术说明：等精度法测频率计的实现需要借助一些关键技术，包括：1. 相位锁定技术：通过将待测信号与参考信号进行相位锁定，可以确保两者相位一致，从而实现准确的相位比较。

2. 周期计数器：周期计数器用于测量待测信号与参考信号的相位差，通过计数器的计数结果可以得到待测信号的周期信息。

3. 数字信号处理：为了提高测量精度，可以利用数字信号处理技术对测量结果进行滤波、平均等处理，以消除噪声和提高信号质量。

四、优缺点分析：等精度法测频率计具有以下优点：1. 高精度：通过多次测量并取平均值的方法，可以消除测量误差，提高测量精度。

2. 稳定性好：利用稳定的参考信号进行比较，可以保证测量结果的稳定性。

3. 适用范围广：等精度法测频率计适用于各种频率范围的信号测量，包括低频、中频和高频等。

然而，等精度法测频率计也存在一些缺点：1. 对参考信号要求高：由于等精度法测频率计依赖于参考信号的稳定性，因此对参考信号的要求比较高。

频率测量的两种方法及等精度测量原理及实现频率测量在电子设计和测量领域中经常用到，因此对频率测量方法的研究在实际工程应用中具有重要意义。

常用的频率测量方法有两种：频率测量法和周期测量法。

频率测量法是在时间t内对被测信号的脉冲数N进行计数，然后求出单位时间内的脉冲数，即为被测信号的频率。

周期测量法是先测量出被测信号的周期T，然后根据频率f=1／T 求出被测信号的频率。

但是上述两种方法都会产生±1个被测脉冲的误差，在实际应用中有一定的局限性。

根据测量原理，很容易发现频率测量法适合于高频信号测量，周期测量法适合于低频信号测量，但二者都不能兼顾高低频率同样精度的测量要求。

1 等精度测量原理等精度测量的一个最大特点是测量的实际门控时间不是一个固定值，而是一个与被测信号有关的值，刚好是被测信号的整数倍。

在计数允许时间内，同时对标准信号和被测信号进行计数，再通过数学公式推导得到被测信号的频率。

由于门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号产生的±l周期误差，但是会产生对标准信号±1周期的误差。

等精度测量原理如图1所示。

从以上叙述的等精度的测量原理可以很容易得出如下结论：首先，被测信号频率fx的相对误差与被测信号的频率无关；其次，增大测量时间段“软件闸门”或提高“标频”f0，可以减小相对误差，提高测量精度；最后，由于一般提供标准频率f0的石英晶振稳定性很高，所以标准信号的相对误差很小，可忽略。

假设标准信号的频率为100 MHz，只要实际闸门时间大于或等于1s，就可使测量的最大相对误差小于或等于10-8，即精度达到1／100 MHz。

2 等精度测频的实现等精度测量的核心思想在于如何保证在实际测量门闸内被测信号为整数个周期，这就需要在设计中让实际测量门闸信号与被测信号建立一定的关系。

基于这种思想，设计中以被测信号的上升沿作为开启门闸和关闭门闸的驱动信号，只有在被测信号的上升沿才将图1中预置的“软件闸门”的状态锁存，因此在“实际闸门”Tx内被测信号的个数就能保证整数个周期，这样就避免普通测量方法中被测信号的±1的误差，。

单片机频率测量原理A VR单片机 2008-10-09 19:29 阅读721 评论0字号：大中小单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量。

在实际应用中，对于转速，位移、速度、流量等物理量的测量，一般也是由传感器转换成脉冲电信号，采用测量频率的手段实现。

使用单片机测量频率或周期，通常是利用单片机的定时计数器来完成的，测量的基本方法和原理有两种：测频法：在限定的时间内（如1秒钟）检测脉冲的个数。

测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间。

这两种方法尽管原理是相同的，但在实际使用时，需要根据待测频率的范围、系统的时钟周期、计数器的长度、以及所要求的测量精度等因素进行全面和具体的考虑，寻找和设计出适合具体要求的测量方法。

在具体频率的测量中，需要考虑和注意的因素有以下几点。

ü系统的时钟。

首先测量频率的系统时钟本身精度要高，因为不管是限定测量时间还是测量限定脉冲个数的周期，其基本的时间基准是系统本身时钟产生的。

其次是系统时钟的频率值，因为系统时钟频率越高，能够实现频率测量的精度也越高。

因此使用A VR测量频率时，建议使用由外部晶体组成的系统的振荡电路，不使用其内部的RC振荡源，同时尽量使用频率比较高的系统时钟。

ü所使用定时计数器的位数。

测量频率要使用定时计数器，定时计数器的位数越长，可以产生的限定时间越长，或在限定时间里记录的脉冲个数越多，因此也提高了频率测量的精度。

所以对频率测量精度有一定要求时，尽量采用16位的定时计数器。

ü被测频率的范围。

频率测量需要根据被测频率的范围选择测量的方式。

当被测频率的范围比较低时，最好采用测周期的方法测量频率。

而被测频率比较高时，使用测频法比较合适。

需要注意的是，被测频率的最高值一般不能超过测频MCU系统时钟频率的1/2，因为当被测频率高于MCU时钟1/2后，MCU往往不能正确检测被测脉冲的电平变化了。

除了以上三个因素外，还要考虑频率测量的频度（每秒内测量的次数），如何与系统中其它任务处理之间的协调工作等。

摘要频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。

频率计主要是由信号输入和放大电路、单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。

AT89C51单片机是频率计的控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。

利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。

在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现10Hz~2MHz的频率测量，而且可以实现量程自动切换流程。

以AT89C51单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间，方便对频率计的测量。

其待测频率值使用LCD液晶显示器显示，并可以自动切换量程。

本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。

关键词：频率计单片机计数器量程自动切换AbstractFrequency measurement is the most basic measurement in Electronic field. Frequency meter is mainly composed of a signal input and an amplifying circuit, SCM module, frequency module and a display circuit module. AT89C51 MCU is the control core frequency of dollars to complete its count of the signal under test, decoding, display and control of the frequency division ratio. Using its internal timer or counter to complete the signal of the under test cycle / frequency of measurement.Throughout the design process, periodic measurement of the frequency meter application and the corresponding mathematical treatment to achieve 10Hz ~ 10 KHz frequency measurements, and can automatically switch the flow to achieve scale. To the core of AT89C51 microcontroller, with the MCU internal timer / counter gate time, it can be easier for frequency measurement. The use of microcomputer technology to design a digital display of frequency meter, have a measurement of high accuracy, fast response, small size and so on.Keywords：Frequency meter, Single chip microcomputer, Counter, Automatic range switching目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 频率计简介 (2)1.1 频率计概述 (2)1.2 频率计发展与应用 (2)1.3 频率计设计内容 (3)2 设计原理与总体方案设计 (4)2.1 测频原理简介 (4)2.2总体思路 (4)2.3总体设计框图 (4)3 系统硬件电路单元电路设计 (7)3.1 AT89C51主控制器模块 (7)3.1.1 AT89C51的介绍： (7)3.1.2 复位电路及时钟电路 (8)3.1.3 单片机系统 (9)3.2 电源模块 (10)3.2.1 直流稳压电源的基本原理 (10)3.2.2 电源电路设计 (12)3.3 电平转换模块 (12)3.4 分频模块 (13)3.4.1 分频电路分析 (13)3.4.2 分频电路 (14)3.4.3 数据选择器74151 (15)3.5 显示模块 (16)3.5.1 LCD1602简介 (16)3.5.2 LCD1602接口应用 (18)3.5.3 LCD的指令说明 (19)3.5.4 基本操作时序 (20)3.5.5 1602显示电路 (21)3.6 总体电路图 (22)4 系统软件设计 (25)4.1 等精度频率计的算法设计 (25)4.2 软件模块设计 (25)4.3 中断服务子程序 (27)4.4 主程序流程图 (28)4.5 程序清单 (29)4.5.1主程序 (29)4.5.2显示子程序 (30)5 系统仿真与调试 (33)总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)前言数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

学号 ****** 编号 ********研究类型应用研究分类号 TM935.13**********************学士学位论文(设计B achelor’s Thesis论文题目基于单片机和 CPLD 的等精度频率计作者姓名 **指导教师 ****所在院系 *****专业名称 ***************完成时间 2009年 5月 15日湖北师范学院学士学位论文(设计诚信承诺书目录摘要 . (1)1前言 . (2)2 等精度频率测量原理分析 . (3)2.1 等精度频率测量原理 . (3)2.2 等精度频率测量的误差分析 . (4)3 系统方案 . (5)3.1 方案提出及比较 . .....................................................................................5 3.2系统整体方案 . ..........................................................................................6 3.3单片机与 CPLD 连接方案 .......................................................................7 3.4 单片机定时及数据处理方案 . .. (8)3.5 CPLD计数方案 (9)4 方案实现 . (9)4.1 CPLD设计 ................................................................................................9 4.2单片机设计 . .. (12)4.3关键源代码分析 . (13)5 仿真及测试 . (14)5.1仿真分析 . (14)5.2 测试结果与分析 . (15)6 致谢 . (16)参考文献 . (17)**********学士学位论文(设计评审表 . (18)基于单片机和 CPLD 的等精度数字频率计**(*************物理与电子科学学院, ** ** *******摘要 :在现代信号分析和处理领域中, 高精度的频率测量具有非常重要的意义。

等精度数字频率计测量方法：一、测频原理所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间变化的次数。

电子计数器是严格按照f＝N/T的定义进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时间波形如图1 所示。

从图中可以看出测量过程：输入待测信号经过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。

若闸门开启时间为T、待测信号频率为fx，在闸门时间Ｔ内计数器计数值为N，则待测频率为：fx = N/T若假设闸门时间为1s，计数器的值为1000，则待测信号频率应为1000Hz或1.000kHz，此时，测频分辨力为1Hz。

图1 测频原理框图和时间波形二、方案设计2.1总体方案设计等频率计测频范围1Hz~100MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一，故由此系统设计提供100MHz作为标准信号输入，被测信号从tclk端输入，由闸门控制模块进行自动调节测试频率的大小所需要的闸门时间，这样可以精确的测试到被测的频率，不会因闸门开启的时间快慢与被测频率信号变化快慢而影响被测频率信号导致误差过大，被测信号输入闸门控制模块后，在闸门控制模块开始工作时使encnt端口输出有效电平，encnt有效电平作用下使能标准计数模块（cnt模块）和被测计数模块（cnt模块），计数模块开始计数，直到encnt 重新回到无效电平，计数模块就将所计的数据送到下一级寄存模块，在总控制模块的作用下，将数据进行load（锁存），然后寄存器里的数据会自动将数据送到下一模块进行数据处理，最后送到数码管或者液晶显示屏（1602）进行被测信号的数据显示。

闸门、计数、寄存的总控制模块2.2理论分析采用等精度测量法，其测量原理时序如图1所示从图1中可以得到闸门时间不是固定的值，而是被测信号的整周期的倍数，即与被测信号同步，因而，不存在对被测信号计数的±1 误差，可得到：变形后可得：对上式进行微分，可得：由于 dn=± 1 ,因而可推出：从式（5）可以看出：测量误差与被测信号频率无关，从而实现了被测频带的等精度测量；增大T或提高fs可以提高测量精度；标准频率误差为dfs/fs,因为晶体的稳定度很高，再加上FPGA核心芯片里集成有PLL锁相环可对频率进一步的稳定，标准频率的误差可以进行校准，校准后的标准误差便可以忽略。