51单片机智能频率计的设计+电路图+程序(3)

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智能频率计发展现状

目前频率计的设计思路主要是：对信号分频，测量一个或几个被测量信号周期中已知标准频率信号的周期个数，进而测量出该信号频率的大小。实现的具体方法也有很多，如定时法测频率和计数法测频率。

智能频率计设计内容

利用单片机，D触发器，数据选择器，MAX7219显示驱动，LED显示等，加上控制程序，实现频率的测量。参数如下：

测量范围1Hz—10KHz.

能根据输入信号频率自动使用最合适的方法测量。

用六位数码管显示测量值。

总体设计原理

2.1总体设计框图与原理

主要以C51单片机为核心，利用它内部的计数、定时、中断功能，外加一些控制电路和显示电路的连接实现不同频段的频率的自动测量。

最后电路能实现频率从1Hz到32000Hz频率的测量，当频率在中频（10-500Hz）时会使用多周期和测频法轮流显示的方式，为了比较二者的测量准确度的差异。

频率测量原理及方法

脉冲信号的频率是指在单位时间内由信号所产生的脉冲个数,即f_x=N/T。频率的测量则需在脉冲个数和计数时间上选取一个基准，对另一个进行测量。

2.2.1 直接测频法

充分利用单片机内的两个定时/计数器，一个作为定时器，给出标准闸门t(通常选择1s)，另一个作为来计数器，计数f_x的变化次数N，f_x=N/T。

误差分析：δ_1=df_x/f_x =∆N/N=(±1)/N=±1/(Tf_x )，所以测频法的误差来源主要是计数器只能进行整数计数而引起的±1误差。此法在被测信号频率较低时，引起的误差比较大，而频率很高时，误差较小。因此直接测频法适合测量高频。

测频法原理图

图1 测频法原理图

2.2.2周期法测频

周期法是指在被测信号一个周期内，计数标准脉冲F_z,所得的计数值N与f_x关系为〖：f〗_x=F_z/N。

将单片机内定时/计数器T_0为16位定时器，对内部机器周期计数，定时器的开关由外部中断0控制，检测到一个周期信号的下降沿开始计数，下一个下降沿停止计数。

误差分析：δ_2=df_x/f_x =∆N/N=(±1)/N=±f_x/F_z ，测周法的主要误差也是由于计数器只能进行整数计数而引起的±1误差，在频率较高时，误差较大，因此只适用于低频测量。周期法测频原理图

2.2.3 多周期法测频

标准频率信号不是用来填充待测信号的周期, 而是与待测信号分别输入到两个计数器进行同步计数。首先, 由单片机( 或相应控制电路) 给出闸门开启信号,此时, 计数器并不开始计数, 而是等到被测信号的下降沿到来时, 才真正开始计数。然后, 两级计数器分别对被测信号和标准信号计数。当单片机给出闸门关闭信号后, 计数器并不立即停止计数而是等到被测信号下降沿来到的时刻才真正结束计数, 完成一次测量过程，有图所示。可以看出, 实际闸门与参考闸门并不严格相等, 但最大差值不超过被测信号的一个周期。

被测信号的计数为N_x，标准信号的计数值为N_0，标准信号的频率为f_0,则被测信号的频率为：f_x=N_x/N_0 f_0。

误差分析：δ_3=df_x/f_x =-N_x/〖N_0〗^2 f_0 dN_0 1/f_x =(±1)/N_0 。只与标准信号和计数时间有关系，与被测信号无关，测量精度大大提高。多周期同步法的闸门时间不是固定的值，而是被测信号的整周期倍，即与被测信号同步，因此消除了被测信号计数产生的1个误差，达到了在整个测量频段的等精度测量。