1 引言
在生產(chǎn)、科研和日常生活中需要使用不同的頻率，實現(xiàn)頻率測量的方法較多，使用專用器件，其電路設(shè)計簡單，易于調(diào)試，但成本高，使用不靈活。本文介紹一種利用單片機ADμC834實現(xiàn)的頻率智能化測量方法，所需外圍元件少、擴展性強、測試準(zhǔn)確。
2頻率測量原理
頻率是指周期信號在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)，信號的頻率測量一般是對信號放大限幅、整形，利用計數(shù)器在1 s的時間內(nèi)用計數(shù)器對整形后形成的脈沖進(jìn)行計數(shù)，用1 s的時基信號作為計數(shù)門的控制信號，1 s內(nèi)對被測信號脈沖的計數(shù)值即是頻率值。
3頻率測量電路
頻率測量電路如圖l所示。ADμC834內(nèi)有2個可編程的定時器/計數(shù)器，其中用定時器/計數(shù)器0作為1 s定時，在1 s時間內(nèi)，定時器/計數(shù)器1采集由T1端輸入的脈沖。定時器0定時開始時，相當(dāng)于閘門打開，通過定時器1對輸入的被測信號頻率為fX的脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)1 s定時完成，即閘門關(guān)閉，計數(shù)結(jié)束，這時計數(shù)值等于被測信號的頻率fX，再將二進(jìn)制值計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼頻率值，并進(jìn)行個、十、百位調(diào)整后，存人顯示緩沖區(qū)，作為LED顯示電路進(jìn)行譯碼及掃描控制等操作。
3.1 ADμC834簡介
ADμC834 單片機是美國ADI公司推出的一款高性能單片機，內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器。它內(nèi)部含有8051內(nèi)核、2路24位和16位∑-△A/D、12位 D/A、Flash/EE存儲器、WDT看門狗電路、電源監(jiān)控電路、溫度傳感器、SPI和I2C總線接口，體積小、功耗低，因此，非常適用于開發(fā)高度智能化、低功耗應(yīng)用。其具體的特點如下：
ADμC834集成了2個獨立的A/D轉(zhuǎn)換通道(分辨率分別為24位與16位)，內(nèi)含可編程增益放大器，在20 Hz/20 mV范圍內(nèi)具有13位有效分辨率;在20 Hz/2.56 V范圍內(nèi)具有18位有效分辨率。此外內(nèi)置的ADC還具有數(shù)字濾波、可編程的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率等功能;
62 K字節(jié)非易失性電可擦除程序存儲器，4 K字節(jié)的非易失性電可擦除數(shù)據(jù)存儲器，2 304字節(jié)的片上數(shù)據(jù)RAM。程序存儲器可配置成用于數(shù)據(jù)記錄，達(dá)到60 K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器;
ADμC834 單片機的片內(nèi)Flash/EE程序存儲器可采用兩種模式編程：在線串行下載和并行編程。另外，ADμC834還可通過標(biāo)準(zhǔn)的UART串行端口下載源代碼。若引腳PSEN通過一只下拉電阻，使得該引腳處于低電平，ADμC834則自動進(jìn)入串行下載模式。當(dāng)設(shè)備連接正確時，源代碼將自動載入到片內(nèi)Flash程序存儲器。
3.2顯示和鍵盤的接口功能
在測量電路中，為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通常需要向系統(tǒng)輸入?yún)?shù)和控制命令。而參數(shù)和控制命令的輸入一般由鍵盤完成。8279是一種專用的可編程鍵盤、顯示接口器件。選用該器件可方便地實現(xiàn)鍵盤輸入和LED顯示控制。8279與單片機的連接見圖1.8279內(nèi)部設(shè)置有消除觸頭抖動和串鍵的邏輯電路，同時8279還具有LED動態(tài)顯示接口功能。但是8279與LED顯示器和譯碼輸出的LED位控制信號輸出電流小，不足以驅(qū)動LED，必須接入驅(qū)動電路。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計
該控制系統(tǒng)采用模塊設(shè)計，即通過對總體的分析來定義各模塊的設(shè)計要求和界面。各功能模塊只有一個入口和一個出口，且各模塊間相對獨立，從而避免了某功能模塊出現(xiàn)異常，導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，并且要統(tǒng)一管理公用變量定義。系統(tǒng)軟件設(shè)計由主程序、測量子程序、顯示子程序、鍵盤子程序、掉電保護(hù)與系統(tǒng)復(fù)位子程序等組成。下面給出了主程序流程圖如圖2所示，測量子程序流程圖如圖3所示，顯示子程序流程圖分別如圖4所示。
其中，主程序主要完成復(fù)位相應(yīng)的存儲單元及初始化，設(shè)置中斷及調(diào)用子程序;
測量子程序是利用定時器0產(chǎn)生約1 s的定時中斷，中斷結(jié)束時采集定時器1的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)存儲單元;
顯示子程序完成打開相應(yīng)的位，調(diào)用相應(yīng)的段碼送顯示器。
5需注意的問題
在單片機控制系統(tǒng)中，數(shù)字地與模擬地要分開布線，且不能共用地線，應(yīng)將各自的地線分別與相應(yīng)的電源地線相連。在設(shè)計時，模擬地線應(yīng)盡量加粗，而且盡量加大引出端的接地面積。一般來講，對于輸入輸出的模擬信號與單片機電路之間最好通過光耦進(jìn)行隔離。
電源線的布置除了要根據(jù)電流的大小盡量加粗走線外，在布線時還應(yīng)使電源線、地線的走線方向與數(shù)據(jù)線的走線方向一致，有助于增強電路的抗干擾能力。
為了提高程序的計數(shù)精度，應(yīng)考慮執(zhí)行指令所需時間，因此在啟動定時器和停止定時器操作時，由于采用不同操作指令，會使計數(shù)結(jié)果不準(zhǔn)確，因此在計數(shù)值中應(yīng)加上或減去執(zhí)行指令所需的時間。
由于LED動態(tài)電流大，在電流供電設(shè)計上應(yīng)采取去耦措施，即應(yīng)在LED驅(qū)動器電源輸入端并聯(lián)大電容濾波器，以防誤動作。
6 結(jié)束語
基于ADμC834的頻率測量方法具有測量速度快、準(zhǔn)確度高、誤差小、顯示直觀的優(yōu)點，便于自動控制和數(shù)據(jù)處理，該頻率計實現(xiàn)了頻率測量自動換檔，具有一定的實用價值和參考價值。
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