基于AT89C51的智能测频仪设计

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摘要:在简要介绍和分析几种数字测频原理与方法的基础上，介绍以AT89C51单片机为核心控制器件，采用等精度同步测量技术，
2 z7 Y  M: e2 e: y6 i9 p1 s: |完成在0. 1Hz~ 1MHz频率范围内，最高分辨率为0.1Hz的智能测频仪的设计;详细说明了测量的工作原理和系统构成，以及系统软、
9 b7 {2 @- {4 e! R) a硬件设计，并就智能测量和系统误差作了分析;研究表明采用该仪器测量频率的范围和精度均达到技术要求。.
/ ?6 h7 o1 j1 W* g/ B) k' E关键词:频率测量;单片机;同步测量;自动量程转换
) k  e; R5 t1 F& l" U7 z0 X0引言
由于频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测
, R1 s7 Z- D( w( b% B% Z8 f5 K量精度，因此在现代测量仪器仪表中，将待测信号转化为频率
信号是低成本实现高精度、高分辨率测量和高抗干扰的经典做
法，同时也有很好的数字系统接口特性，所以频率测量在科技
研究和实际应用中的作用日益重要。实现被测信号频率的测量
方法有模拟和数字法，随着测量技术的发展，利用电子计数式
测量频率具有精度高、测量范围宽、显示直观、测量迅速，以
及便于实现测量过程自动化等优点，模拟法逐渐被电子计数法
& t6 z4 j+ U+ w* D所代替[。下面重点介绍几种常见的测量频率的方法并说明其
原理、分析其误差特性。
1测频方法
1.1 测频法.
测频法是记录在单位时间T。内待测信号的脉冲个数N,
2 q$ ~: O4 q% A; A& T则待测频率为: f.=N/To, 其中T。又称为闸门时间。待测信
- G: g- T  b9 m号的脉冲是在闸门时间内送人计数器的。由于闸门的开与闭和
计数脉冲的送人在时间关系上是随机的，这样将产生极限范围
# s9 |% [  N0 o7 V* ]8 ?5 ?为土1的计数误差，测频相对误差由士1/N。决定。对于同一被
测频率信号，选取闸门时间愈长，误差越小;当取一定闸门
9 D% [4 Z$ Z; u3 E2 J时，被测频率越高，误差越小。从而使得测量精度随被测信号
频率的下降而降低。这种方法测量系统简单，测量输出速度

: h8 `. H8 w( t9 G! e) f快，只适用于高频的测量。
5 R$ W. `* O! w: T! I1.2 测周法
' m5 a/ e8 {, G" V; R. z% Y测周法是在待测信号的一个周期T.内，记录标准频率信
( x0 a! v1 P) C/ ^号变化次数No。这种方法测出的频率是: fx=No/Tx, 该方
法同样存在土1/N。的量化误差。对于同一标准信号，被测信
号周期越大，计数值N。越大量化误差士1/N。越小，测量误差
" U; n" d- J9 h6 G/ ]4 @& i+ j越小;当被测信号周期不变，选用的标准频率信号越大，同样
计数值N。越大，量化误差士1/No越小，测量误差越小。相反
, R' c6 `; l( ^7 R! a% D的存在测量精度随被测信号频率的升高而降低的缺陷。这种方
7 P' q3 o4 g9 w( j- B法测量系统简单，测量输出速度快，只适用于低频的测量。
1.3倍 频和分频测频法
. r9 _/ t# }/ A2 h& G倍频测频法是为了克服测频法在低频测量时精度不高的缺
陷发展起来的。通过A倍频，把待测频率放大A倍。其中A
是根据被测频率信号为可变的，即当低频时A值大，高频时
A值小，具体值由测量过程经过反馈可编程决定，其待测频率
为: f2= Nx/AT。这时同样存在士1/ (AN。)量化误差，不过
/ X7 q" k& N, @+ j( v精度提高到原来的A倍。其特点是待测信号脉冲间隔误差降.
低，但测频程序、倍频控制电路较复杂。
5 d1 n8 ^8 m( ]分频测频法是为了提高测周期法高频测量时的精度形成
' Q. k% p: s0 _/ n, n的。由于测周期法要求待测信号周期不能太短，所以可通过A
) s  x) e8 ^2 f分频使待测高频信号的周期扩大A倍。同样其中A是根据被
测频率信号为可变的，不过当低频时A值小，高频时A值大，
" [4 m4 C( k' @, z4 X具体值也由测量过程经过反馈可编程决定。其待测频率为: f; .
1 m0 Q( [( w( u- O=ANo/Tx其特点是高频测量精度比测周期法提高A倍，但可
. v2 V" u, T* m# E0 L2 ^. K) W编程的分频电路较复杂。

) [$ y; h& Q7 p2 B. F7 d6 {
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一盆绿箩

频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测量精度