單片機(jī)和數(shù)字頻率計(jì)

【摘 要】在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量顯得更為重要。測(cè)量頻率的方法有多種，其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻有兩種方式：一是直接測(cè)頻法，即在一定閘門(mén)時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測(cè)頻法，如周期測(cè)頻法。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 數(shù)字頻率計(jì) 設(shè)計(jì)

數(shù)字頻率計(jì)又稱為數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要測(cè)量工具之一，同時(shí)也是其他許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的測(cè)量?jī)x器，是計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備，音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可或缺的測(cè)量?jī)x器，它是一種十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。數(shù)字頻率計(jì)是在規(guī)定的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)把測(cè)量的脈沖數(shù)記錄下來(lái)，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。數(shù)字頻率計(jì)用于測(cè)量信號(hào)（方波，正弦波或其他周期信號(hào)）的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，它具有精度高，測(cè)量速度快，讀數(shù)直觀，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

基于單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，目的是設(shè)計(jì)一款數(shù)字頻率計(jì)，能夠測(cè)量1Hz～20MHz的數(shù)字頻率，包括三角波、正弦波及方波的測(cè)量，支持0.5V～20V電壓。本頻率計(jì)的特點(diǎn)是突破普通單片機(jī)頻率計(jì)喜歡選用的直接測(cè)量法，選擇了高頻用多周期同步法，低頻用周期法來(lái)測(cè)量頻率。這樣可以使頻率計(jì)達(dá)到更高的精度。而且本頻率計(jì)通過(guò)程序來(lái)控制分頻芯片自動(dòng)分頻，無(wú)需測(cè)量者對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)估計(jì)，超出測(cè)量范圍會(huì)自動(dòng)警報(bào)，更加人性化。

那么單片機(jī)和數(shù)字頻率計(jì)的關(guān)系呢？為了實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)，測(cè)頻實(shí)現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是將單片機(jī)用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中去。單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高，體積小，價(jià)格低，功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測(cè)量過(guò)程的控制中，達(dá)到了自動(dòng)化傳統(tǒng)儀器中的開(kāi)關(guān)和按鈕被鍵盤(pán)所代替，測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。單片機(jī)測(cè)量的頻率精度高，速度快，在測(cè)量頻率時(shí)，能夠很好的解決測(cè)量精度和測(cè)量時(shí)間的矛盾。同時(shí)還具有時(shí)間顯示功能，為各種生活工作提供了方便。

隨著科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，以單片機(jī)作為核心的測(cè)量控制系統(tǒng)層出不窮。在被測(cè)信號(hào)中，較多的是以模擬和數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)。此外還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的測(cè)量信號(hào)。例如流量，轉(zhuǎn)速晶體壓力傳感以及參變量-頻率轉(zhuǎn)換后的信號(hào)等等。對(duì)于這些以頻率為參數(shù)的被測(cè)信號(hào)通常采用測(cè)頻法，測(cè)頻率的測(cè)量在生產(chǎn)和科研部門(mén)中經(jīng)常使用，也是一些大型系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的重要組成部分。數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它不僅可以測(cè)量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測(cè)量它們的周期。經(jīng)過(guò)改裝，可以測(cè)量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測(cè)量?jī)x；可以測(cè)量電容做成數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計(jì)價(jià)器等。因此數(shù)字頻率計(jì)在測(cè)量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字式頻率計(jì)基于時(shí)間或頻率的A/D轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展，所以，數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展也很快。通常能對(duì)頻率和時(shí)間兩種以上的功能數(shù)字化測(cè)量?jī)x器，稱為數(shù)字式頻率計(jì)（通用計(jì)數(shù)器或數(shù)字式技術(shù)器）。

數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器，并且與許多電參量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得尤為重要。測(cè)量頻率的方法有多種，其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。

數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門(mén)時(shí)間為1秒。閘門(mén)時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)則沒(méi)測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見(jiàn)到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。集成電路的類型很多，從大的方面可以分為模擬電路和數(shù)字集成電路2大類。數(shù)字集成電路廣泛用于計(jì)算機(jī)、控制與測(cè)量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。一般說(shuō)來(lái)，數(shù)字系統(tǒng)中運(yùn)行的電信號(hào)，其大小往往并不改變，但在實(shí)踐分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個(gè)特點(diǎn)。數(shù)字集成電路作為電子技術(shù)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，已廣泛地深入到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)，測(cè)頻實(shí)現(xiàn)寬領(lǐng)域，高精度的頻率計(jì)，一種有效的方法是將單片機(jī)用于頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中去。單片機(jī)數(shù)字頻率計(jì)以其可靠性高，體積小，價(jià)格低，功能全等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于各種智能儀器中，這些智能儀器校核以及測(cè)量過(guò)程的控制中，達(dá)到了自動(dòng)化傳統(tǒng)儀器中的開(kāi)關(guān)和按鈕被鍵盤(pán)所代替，測(cè)試人員在測(cè)量時(shí)只需按需要按的鍵，省掉了很多繁瑣的人工操作，而采用lcd液晶顯示器能夠清楚明了的顯示出測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就是其優(yōu)勢(shì)之處。

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