基于MCS-51系列單片機測量頻率的設(shè)計與實現(xiàn)

對于周期波頻率的測量方法很多，但大多是通過測量間接計算頻率。本文介紹了用目前應(yīng)用比較廣泛的MCS-51系列單片機對周期波頻率進行測量，并通過LED以數(shù)字形式直觀地示出頻率，實現(xiàn)測量的智能化，省去間接對頻率計算的麻煩與錯誤。文章對其測量原理，設(shè)計和實現(xiàn)作了說明，介紹了主要程序，并進行了誤差分析。

目前單片機廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟建設(shè)和日常生活的許多領(lǐng)域，成為測控技術(shù)現(xiàn)代化不可缺少的重要工具。而本文適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，把MCS-51系列單片機應(yīng)用于對周期波頻率的測量，并通過LED顯示器自動顯示出來，這對于頻率的測量帶來了極大的方便。

設(shè)計思想

利用施密特觸發(fā)器將邊緣緩慢變化的周期性信號如正弦波、三角波或任意形狀的模擬信號變換成同頻率的矩形脈沖。通過MCS-51系列單片機內(nèi)部的兩個十六位定時/計數(shù)器測量某段時間內(nèi)的外加脈沖數(shù)，經(jīng)過處理并通過LED直接顯示出所加信號的頻率。單片機內(nèi)部的TO用來定時，Tl用來計數(shù)（下降沿觸發(fā)）。當來一個計數(shù)脈沖則計數(shù)一次。在TO開始定時的同時，T1開始計數(shù)；TO定時1s時間到時，T1停止計數(shù)。方框圖如下圖所示。

硬件設(shè)計

測量頻率的硬件電路主要由計數(shù)脈沖形成電路和計數(shù)顯示電路兩大部分組成。計數(shù)脈沖形成電路用“555”定時器接成施密特觸發(fā)器對外加的周期波進行變換，使之輸出為矩形脈沖。電路如上圖所示，計數(shù)顯示電路如下圖所示，主要包括：

(1)由INTEL公司生產(chǎn)、晶振頻率為12MHz的89S02單片機。通過軟件編程使它內(nèi)部的定時器TO定時，Tl對外部的所加脈沖計數(shù)。然后把測量結(jié)果值通過PO口輸出。89S02自帶8K閃存，可以有90～100個現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，供回放調(diào)檢。

(2)4位七段共陰極的LED顯示器。

(3)由于采用的是4位共陰極的動態(tài)掃描方式顯示，段代碼由89S02的PO口提供，位選線則由89S02P2口的P2.0～P2.3提供。由于89S02的輸入，輸出口不能提供足夠的灌電流，因此用G1～G4提供給LED足夠的顯示電流。

軟件設(shè)計

用MCS-51單片機測量頻率的程序主要包括：初始化程序，定時計數(shù)程序、LED顯示程序。初始化程序略。定時計數(shù)主要程序：

測量范圍

在上述程序下的最大測量頻率為255Hz。適當調(diào)整程序后的最大測量頻率可為89S02主頻的1/12，但在保證測量精度的前提下最大測量頻率宜安排在主頻的1/100以下。

誤差分析

上述程序的最大測量頻率為255Hz，由于單片機在響應(yīng)中斷的時候有2～6個機器周期，按最大誤差計算，6-2=4個機器周期，在1s鐘中斷響應(yīng)一共發(fā)生20次，最不利的累計誤差時間為4×20=80微秒，因此在此程序下的最大誤差為80/1000000=0.08/1000，這樣的精度完全能滿足現(xiàn)場檢測的需要。