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基于单片机高精度测频方法的研究.doc

发布:2017-09-23约9.85千字共6页下载文档
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第 !卷第 #期 !#$%$  湖 !北 !工 !业 !大 !学 !学 !报 !’()*#+,’-./0)/.(234+5.67)#84  !$年 %月 9’8$$ !文章编号 ’-#,%##$$%.-$.- 基于单片机高精度测频方法的研究 王淑青’!吴作健! 湖北工业大学电气与电子工程学院 !湖北 武汉 #-,%’# 湖北省通山县职教中心 !湖北 通山 #-/,$ !摘 !要 分析了利用单片机进行测频时测量原理 %引起误差的原因 #给 出 了 提 高 频 率 测 量 精 度 方 法 #以 及 相 应测量系统硬件 %软件设计思想 *在设 计 中 测 频 计 数 闸 门 完 全 由 硬 件 控 制 #测 频 精 度 高 #硬 件 %软 件 实 现 较 方 便 %灵活 %可靠 * !关键词 频率测量 单片机 精度 !中图分类号 0B+-$ !!频率测量属于基本测量 #人们将许多参数的测 量转换成频率量来进行测量和处理 #广泛应用于科 学技术和工程的各个领域 *单片机内部含有稳定度 !文献标识码 %( !* !测周法 测周法如 图 ’! 所 示 #在 被 测 信 号 一 个 周 期 内 #计标准脉冲 F#计数值 P’ 与 ( 关系为 $ ( ) 便地对外部信号或标准频率信号进行计数 #因此单  ( + F P’  + ’ 5F X P’  片机测频越来越受到重视 *利用单片机测频时 #如选 择不好测量方法可能引起很大误差 测频时如果不 是真正靠硬件逻辑控制计数或定时 #而靠软件查询 或中断响应后再停止计数 #虽然理论上能达到很高 !* !测频法 测频法如图 ’! 所示 #将被测信号输入到计数 器的输入端 #在一定时间 5 内计 数 器 进 行 计 数 #计 数值 P! 与被测信号的频率 ( 的关系是 $ 的精度 #但实际测量中由于单片机响应有一定的时 间 #难以做到精确的测量 (!)*本文分析了频率测量产  ( + P! 5  生误差原因 #针对被测量频率范围提出相应的测量 方法及硬件 %软件实现方法 * !!测频原理及误差分析 常用测量频率的方法有两种 $测周法和测频法 * 由于以上两种方法在中频段时误差很大 #较精确测 !* !多周期同步法 多周期同步法测频技术则利用两个计数器 !见 图 ’!#在一定时间 5 内一个计数器计被测信号 # 一个计数器计基准信号 这里计数闸门时间 5 不是 固定的值 #而是被测信号的整周期倍 #即用频率相对 低的被测量信号控制定时的开启和结束 *频率计算 公式 $ 量采用多 周 期 同 步 测 量 法 (-.#)*测 量 原 理 如 图 ’ 所 示 * P( P( ( + F + PF PF X5F !* !测量方法引起误差比较 分析  对于测周法和测频法 #频率测量的主要误差源 都是由于计数器只能进行整数计数而引起的 l’误 差 #误差计算公式如下 $ 对于测周法有 -’ + ( (  + *P’ P’  + Z’ P’ ( +Z F  +Z5F( 对于测频法有 !收稿日期 !$ ’ -,  湖 !北 !工 !业 !大 !学 !学 !报  !$年第 #期 ! -! +  ( (  +  *P! P!  +  Z’ P!  +Z  ’ 5(   序 ’0 中 断 子 程 序 *主 程 序 中 进 行 初 始 化 ’计 算 周 期 E0中断子程序重新置初值 !并置标记主程序 !!由以上公式可看出 !测周法在被测信号频率较 高时 !误差较大 !因此测周法只适用于低频测量 而 计算周期 0中断子程序使 H加 ’$程序略 %*计算 周期公式为 测频法在被测信号频率较低时 !如想提高测频精度 则必使测量时间 0 延长 !在实际测量中希望测量速  5 + : ,$$-, $’,$, /  度尽量高 !因而只适用于高频测量 * 以上两种方法在中频段误差都比较大 !对于多 周期同步法 !其误差有 # ( P’ ’ ’ ’ - + +. FPF +Z +Z ( ( PF 5F !!由上式可看出 !多周期同步法误差只与基频信 号频率和计数时间有关 !与被测信号无关 !测量精度 大大提高 !而且达到了在整个测频段的等精度测量 * 以上 -种方法在测量中应根据具体情况选择 * 被测频率较低时选用测周法 频率较高时选用测频 法 频率在中频段时选用多周期同步法 * !测量方法实现 在测频中 !根据测量频率范围选择适当测量方 法 *这里介绍的几种方法巧妙地靠硬件定时 !可达到 与硬件逻辑测频同样的精度 * * !周期测量
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