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，
! X9 |$ s8 _" @+ v. M- F, Z' c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、
8 q) F& e/ u4 M7 I+ Q1 {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。.
关键词:频率测量;单片机;同步测量;自动量程转换
0引言
! x# ~/ H* |. z( K( q- @  v由于频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测
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
! J. O& O. b2 D5 t* n8 z0 O9 ^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
8 z$ \- |. ^* t) C5 R4 S0 h' h  |  J( ]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
1 P( ?2 G/ T: p& Y5 M原理、分析其误差特性。
1测频方法
2 p+ ]: V8 a( U7 C1.1 测频法.
3 q* s% ^8 X8 {' Z% ]- \( h测频法是记录在单位时间T。内待测信号的脉冲个数N,
# G% n# h; [* A5 z则待测频率为: f.=N/To, 其中T。又称为闸门时间。待测信
7 u" M, v8 o( e) i/ A7 ^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
; [: ], D: M* X1 A) ?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
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
6 x8 H- V. M) ~$ U6 `
快，只适用于高频的测量。
1.2 测周法
3 ~$ U$ P6 w3 o  s( J# A& ^6 Z/ k测周法是在待测信号的一个周期T.内，记录标准频率信
) [- b) O  _. p8 _/ G+ Z8 ?号变化次数No。这种方法测出的频率是: fx=No/Tx, 该方
7 i5 v# B! N! A2 C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
: B; K  _; F; c越小;当被测信号周期不变，选用的标准频率信号越大，同样
" z# p% E" s3 f5 `3 f, |1 T. @计数值N。越大，量化误差士1/No越小，测量误差越小。相反
" p2 O6 `( D: Z, S% ~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
4 F' A2 x, C1 c0 O2 A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
1 B; A# V! L* G$ s* a$ N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
6 @7 O- n5 y0 @6 k5 t陷发展起来的。通过A倍频，把待测频率放大A倍。其中A
, P2 o- `9 \" C3 w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
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。
4 {4 H4 }$ ]; h" s# ^' r# t* B) e3 s4 P2 S分频测频法是为了提高测周期法高频测量时的精度形成
; W" @# N0 C5 W1 k- U/ X5 j3 E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
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，
, O6 F/ U! O9 T6 [2 I: V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; .
=ANo/Tx其特点是高频测量精度比测周期法提高A倍，但可
6 R; X* T: @2 g3 `编程的分频电路较复杂。
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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