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单片机数字频率计本科论文.doc
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2023-07-02
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单片机数字频率计本科论文.doc
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单片机数字频率计
频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计
通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较
大,运行速度慢,而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干
扰性强、易于传输
,
可以获得较高的测量精度。同时
,
频率测量方法的
优化也越来越受到重视
.
并采用
AT89C51
单片机和相关硬软件实现。
MCS—51
系列单片机具有体积小,功能强,性能价格比较高等特点,
因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器,仪表等领域。我们研制的
频率计以
89c51
单片机为核心,具有性能优良,精度高,可靠性好等
特点。
实现一个宽频域,高精度的频率计,一种有效的方法是:在高频段
直接采用频率法,低频段采用测周法。一般的数字频率计本身无计算
能力因而难以使用测周发,而用
89c51
单片机构成的频率计却很容易
做到这一点。对高频段和低频段的划分,会直接影响测量精度及速度。
经分析我们将
f=1MHz
做为高频,采用直接测频法;将
f=1Hz
做为低
频,采用测周期法。为了提高测量精度,我们又对高低频再进行分段。
以
89C51
单片机为控制器件的频率测量方法,并用
C
语言进行设计,
采用单片机智能控制,结合外围电子电路,得以高低频率的精度测量。
最终实现多功能数字频率计的设计方案,根据频率计的特点,可广泛
应用于各种测试场所。
在基础理论和专业技术基础上,通过对数字频率计的设计,用十进
制数字来显示被测信号频率的测量装置。以精确迅速的特点测量信号
频率,在本设计在实践理论上锻炼提高了自己的综合运用知识水平,
为以后的开发及科研工作打下基础。
2
方案设计与初步论证:
2.1.
频率测量方法概述
频率测量方法
模拟法
数字法
直读法
比较法
差频法
示波法
拍频法
电桥法
谐振法
李沙育
图形法
测周期
法
电容
充放
电式
电子计
数式
表
1
频率测量方法
直读法又称无源网络频率特性测量法
;
比较法是将被测频率信号与已
知频率信号相比较
,
通过观、听比较结果
,
获得被测信号的频率
;
电容
充放电式计数法是利用电子电路控制电容器充放电的次数
,
再用电磁
式仪表测量充放电电流的大小
,
从而测出被测信号的频率值
;
电子计数
法是根据频率定义进行测量的一种方法
,
它是用电子计数器显示单位
时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。
利用电子计数式测量频率具有精度高、测量范围宽、显示醒目直观、
测量迅速
,
以及便于实现测量过程自动化等一系列优点
,
所以下面将重
点介绍电子计数式测量频率的几种方法。
(1)
脉冲数定时测频法
(M
法
) :
此法是记录在确定时间
Tc
内待测
信号的脉冲个数
Mx ,
则待测频率为
:
Fx= Mx/ Tc
显然
,
时间
Tc
为准确值
,
测量的精度主要取决于计数
Mx
的误差。
其特点在于
:
测量方法简单
;
测量精度与待测信号频率和门控时间有关
,
当待测信号频率较低时
,
误差较大。
⑵脉冲周期测频法
(T
法
) :
此法是在待测信号的一个周期
Tx
内
,
记
录标准频率信号变化次数
Mo
。这种方
法测出的频率是
:
Fx = Mo/ Tx
此法的特点是低频检测时精度高
,
但当高频检测时误差较大。
⑶脉冲数倍频测频法
(AM
法
) :
此法是为克服
M
法在低频测量时
精度不高的缺陷发展起来的。通过
A
倍频
,
把待测信号频率放大
A
倍
,
以提高测量精度。其待测频率为
:
Fx= Mx/ ATo
其特点是待测信号脉冲间隔减小
,
间隔误差降低
;
精度比
M
法高
A
倍
,
但控制电路较复杂。
⑷脉冲数分频测频法
(AT
法
) :
此法是为了提高
T
法高频测量时的
精度形成的。由于
T
法测量时要求待测信号的周期不能太短
,
所以可
通过
A
分频使待测信号的周期扩大
A
倍
,
所测频率为
:
Fx = AMo/ Tx
其特点是高频测量精度比
T
法高
A
倍
;
但控制电路也较复杂。
⑸脉冲平均周期测频法
(M/ T
法
) :
此法是在闸门时间
Tc
内
,
同时
用两个计数器分别记录待测信号的脉冲数
Mx
和标准信号的脉冲数
Mo
。若标准信号的频率为
Fo ,
则待测信号
频率为
:
Fx = FoMx/ Mo
M/ T
法在测高频时精度较高
;
但在测低频时精度较低。
⑹多周期同步测频法
:
是由闸门时间
Tc
与同步门控时间
Td
共同控
制计数器计数的一种测量方法
,
待测信号频率与
M/ T
法相同。此法的
优点是
,
闸门时间与被测信号同步
,
消除了对被测信号计数产生的
±1
个
字误差
,
测量精度大大提高
,
且测量精度与待测信号的频率无关
,
达到了在整个
测量频段等精度测量。
3
确定实验方案
3
.
1
可用实验方案介绍
3.1.1
方案
1
采用频率计模块
(
如
ICM7216)
构成
,
原理框图如图
3.2
所示。特点
是结构简单
,
量程可以自动切换。
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