基于單片機(jī)和測(cè)頻法的頻率計(jì)設(shè)計(jì)及proteus仿真

李建波 張永亮 潘必超 陳榕福

摘要：傳感器廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化測(cè)量中，該文利用51單片機(jī)2個(gè)16位定時(shí)器和測(cè)量頻率中的測(cè)頻法設(shè)計(jì)了測(cè)量方波的頻率計(jì)，并用LCD1602液晶顯示頻率、proteus仿真，測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)思路正確、誤差小。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);測(cè)頻法;頻率計(jì);proteus

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23;TP212.6? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）35-0226-02

1 概述

傳感器能感受到被測(cè)量信息，在自動(dòng)化控制技術(shù)中，需要用到多種傳感器來(lái)監(jiān)視各個(gè)參數(shù)。因測(cè)量電壓、電流、頻率等的方法與技術(shù)相對(duì)成熟、易實(shí)現(xiàn)，故而許多傳感器把被測(cè)量對(duì)象轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率來(lái)進(jìn)行測(cè)量和處理[1]。廣東工業(yè)大學(xué)鮑芳采用高頻段測(cè)頻法、中頻段多周期同步法、低頻段測(cè)周法設(shè)計(jì)頻率計(jì)，測(cè)量結(jié)果優(yōu)于普通測(cè)量法[2];南昌大學(xué)彭嵐峰利用單片機(jī)產(chǎn)生閘門(mén)的時(shí)間設(shè)計(jì)頻率計(jì)，并利用液晶LCD1602進(jìn)行顯示[3];青海大學(xué)任小青介紹了測(cè)周期法、外部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法、內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法等頻率測(cè)試方法并完成以單片機(jī)為核心的頻率計(jì)[4];西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙銀玲設(shè)計(jì)的頻率計(jì)，結(jié)合了定時(shí)器、計(jì)數(shù)器并用數(shù)碼管顯示，結(jié)果顯示滿(mǎn)足一般領(lǐng)域的測(cè)試要求[5];成都理工大學(xué)張糧雨設(shè)計(jì)的頻率計(jì)可以計(jì)算出正弦波的有效值和峰峰值[6];延安大學(xué)劉竹琴設(shè)計(jì)了數(shù)字頻率計(jì)，進(jìn)行測(cè)量，并分析了測(cè)量誤差的來(lái)源，提出了減小誤差應(yīng)采取的措施[7];廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院盧飛躍實(shí)現(xiàn)多周期同步法測(cè)量頻率，提高了測(cè)量的精度[8]。

單片機(jī)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)最大值為65536，比較適用測(cè)量65KHz以下頻率，再大頻率則溢出不準(zhǔn)、或需要定時(shí)器中斷來(lái)計(jì)數(shù)。本人參考前人研究和設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)中2個(gè)16位定時(shí)器設(shè)計(jì)頻率計(jì)，其中1個(gè)用于定時(shí)、另外1個(gè)采集外界脈沖，得到單位時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出頻率，可測(cè)量500KHz的頻率信號(hào)。

2 硬件部分

頻率計(jì)硬件電路主要包括單片機(jī)芯片、液晶顯示部分、脈沖信號(hào)輸入部分，如圖1所示。

2.1 單片機(jī)

單片機(jī)芯片采用AT89C52，不做說(shuō)明。

2.2 脈沖信號(hào)

從信號(hào)發(fā)生器中選擇方波發(fā)生器PULSE，設(shè)置方波脈沖脈寬為50%、頻率從10Hz～500KHz變化，如圖2所示。

2.3 液晶LCD1602

液晶接口電路如圖1所示，數(shù)據(jù)端口用P2口、P0.3接液晶數(shù)據(jù)/命令選擇引腳R/S、P0.4接液晶讀/寫(xiě)控制引腳R/W、P0.5接液晶使能引腳E，如圖3所示。

3 軟件部分

3.1 定時(shí)器0

單片機(jī)的晶振采用12MHz，定時(shí)器0用來(lái)計(jì)時(shí)采用16位、內(nèi)部計(jì)數(shù)方式。定義變量T0_H、T0_L用來(lái)定時(shí)器0重載初值，每次中斷時(shí)間為50ms，定時(shí)器0初始化代碼如下：

unsigned char code T0_H = （65536-50000）/256;

unsigned char code T0_L = （65536-50000）%256;

EA? ?= 1;

ET0? = 1;

TMOD = 0x01;

TH0? = T0_H;

TL0? = T0_L;

TR0? = 1;

定時(shí)器0每次中斷重載初值，并讀取定時(shí)器1的高字節(jié)和低字節(jié)，并將其清空，中斷服務(wù)函數(shù)如下：

void t0_sever（void） interrupt 1{

TL0? = T0_L;//12MHz，50ms

TH0? = T0_H;

chH=TH1;

chL=TL1;

TL1=0;

TH1=0;}

3.2 定時(shí)器1

定時(shí)器1采用16位、外部計(jì)數(shù)方式，用來(lái)對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，每個(gè)脈沖加1。定時(shí)器1初始化代碼如下：

ET1? = 1;

TMOD|= 0x50;

TH1? = 0;

TL1? = 0;

TR1? = 1;

3.3 數(shù)據(jù)處理與液晶顯示

每次中斷時(shí)間為50ms，采用遞推方式存儲(chǔ)20次數(shù)據(jù)，其和在時(shí)間意義代表1s脈沖個(gè)數(shù)。

unsigned char str1[]={"? ? ? ? 000000Hz"};

unsigned int numf[20];//存儲(chǔ)數(shù)組

void display（）{ //液晶顯示函數(shù)

unsigned char i;

unsigned long int sum=0;

for（i=0;i<19;i++）{

numf[i]=numf[i+1];

sum+=numf[i];}

numf[19]=chH*256+chL;

sum+=numf[19];

i=8;? str1[i]='0'+sum%1000000/100000;

i++;? str1[i]='0'+sum%100000/10000;

i++;? str1[i]='0'+sum%10000/1000;

i++;? str1[i]='0'+sum%1000/100;

i++;? str1[i]='0'+sum%100/10;

i++;? str1[i]='0'+sum%10;

for（i=0;i<16;i++）{

LCD_dis（0，i，str1[i]）;}}

3.4 主函數(shù)

在主程序或其他合適的位置，調(diào)用液晶顯示函數(shù)display（）。

4 結(jié)論

運(yùn)行程序，輸入方波信號(hào)頻率為500KHz時(shí)仿真結(jié)果如圖3所示，不同頻率下的測(cè)試結(jié)果如見(jiàn)表1。

通過(guò)表1我們看到，100Hz測(cè)量誤差為1%，500KHz為0.02%，頻率越高誤差越小。測(cè)試結(jié)果表明，利用單片機(jī)中2個(gè)16位定時(shí)器、采用測(cè)頻法設(shè)計(jì)的頻率計(jì)，思路是可行的，設(shè)計(jì)是成功的，可測(cè)量500KHz的頻率信號(hào)，誤差小、精度高、性?xún)r(jià)比高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王淑青，吳作健.基于單片機(jī)高精度測(cè)頻方法的研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（4）：35-37，48.

[2] 鮑芳，王春茹.新型單片機(jī)頻率測(cè)量系統(tǒng)的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2001，（2）：33-35.

[3] 彭嵐峰，胡佳佳.基于AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng)，2012，（9）：121-123.

[4] 任小青，王曉娟.基于AT89C51單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)方法的研究[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，（2）：10-12.

[5] 趙銀玲.基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，（18）：178-180，184.

[6] 張糧雨.基于51單片機(jī)的高頻頻率計(jì)的設(shè)計(jì)[J].電子科技，2014，（2）：82-84.

[7] 劉竹琴，白澤生.一種基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，（1）：90-92，96.

[8] 盧飛躍.基于單片機(jī)的高精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2006，（5）：96-97，150.

[通聯(lián)編輯：梁書(shū)]