用PIC16F87X單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率頻率計(jì)的一種方法

1 引言 　　隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機(jī)為控制核心的控制器件，已經(jīng)全面滲透到測(cè)試儀器和計(jì)量檢定的各個(gè)方面。同時(shí)，頻率計(jì)作為一種常用工具，在工程技術(shù)和無線電測(cè)量、計(jì)量等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。本文介紹了一種以pic16f87x系列單片機(jī)為控制器的高分辨率頻率計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法?！　≡摲椒ㄔO(shè)計(jì)的頻率計(jì)主要用來測(cè)量脈沖頻率。它采用lcd圖形液晶顯示，清晰度高，可視范圍廣，可外接晶體頻率源，具有測(cè)量速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。　　2 設(shè)計(jì)原理　　pic16f877a單片機(jī)內(nèi)部集成有捕捉/比較/脈寬調(diào)制pwm (ccp)模塊。當(dāng)ccp工作在捕捉(capture)方式時(shí)，可捕捉外部輸入脈沖的上升沿或下降沿，并產(chǎn)生相應(yīng)的中斷?！　ic16f877a單片機(jī)內(nèi)部還集成了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，在本方案中采用其中的tmr1作為定時(shí)器，該定時(shí)器的工作原理是通過tmr1“寄存器對(duì)”tmr1h:tmr1l從0000h遞增到ffffh，之后再返回0000h時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高位溢出，并且將會(huì)設(shè)置溢出中斷標(biāo)志位tmr1if為i，同時(shí)引起cpu中斷響應(yīng)?！　≡诰鶆虻拿}沖序列中，脈沖頻率值等于單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的脈沖次數(shù)。根據(jù)這個(gè)原理，可以采用pic16f87x系列單片機(jī)(本文以pic16f877a型單片機(jī)為例)內(nèi)置定時(shí)器模塊tmr1計(jì)時(shí)，同時(shí)使用ccp模塊的捕捉功能，每間隔n(n=1,4,16)個(gè)脈沖捕捉一次并產(chǎn)生中斷，記錄第1個(gè)和第(m-1)*n+1個(gè)脈沖到來時(shí)的定時(shí)器計(jì)時(shí)t1和tm，如圖1所示。圖1脈沖捕捉示意圖　　用被捕捉的脈沖次數(shù)除以第1次和第(m-1)*n+1次脈沖之間間隔的時(shí)間即可得到脈沖頻率值。因此，脈沖頻率值計(jì)算公式為：　　3 被測(cè)頻率值范圍　　在測(cè)試過程中，需要特別注意的是，兩次ccp中斷的時(shí)間間隔必須大于1次中斷服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。否則，如果在中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)又發(fā)生ccp中斷，就不能正常工作?！　「鶕?jù)上述條件，則有：　　由上式得到：　　式中：　　sccp — 表示捕捉分頻倍數(shù)。 　　fx — 表示被測(cè)頻率t 　　tcyc —表示系統(tǒng)時(shí)鐘周期。 　　n —表示中斷所需最小指令周期數(shù)。　　設(shè)定：sccp=16，n=40，tcyc= 4/20mhz = 0.2 us，則： fx<2,000,000hz　　由此可知，實(shí)際頻率測(cè)量范圍在0-2 mhz之間。　　若需測(cè)量更大頻率，可以根據(jù)需要在待測(cè)頻率和cpu的ccp口之間接入相應(yīng)倍數(shù)的分頻器，每接入一個(gè)1/n倍分頻器，可測(cè)頻率范圍可擴(kuò)大n倍(如圖2所示)。如在待測(cè)頻率和ccp口之間接入三個(gè)1/10倍分頻器，則可測(cè)頻率范圍為0～2 ghz。圖2 cpu外接示意圖　　4 程序設(shè)計(jì)　　4．1中斷程序　　中斷程序流程圖如圖3所示。圖3中斷子程序流程圖　　中斷服務(wù)子程序如下：　　void interrupt tmr i_ccp2_ini(void)
{
if(tmr1if==i) //判斷是否定時(shí)器中斷
{
tmriif=0; //tmr1中斷標(biāo)志位