单片机测频率信号的参数分析

摘　要：　针对MCS---51、98系列单片机定时/计数器的工作特点，本文通过对频率信号的分析，对不同参数的信号提出了不同的方法，通过分析阐明了方法的模块性规律，系统地解决了用单片机测频率这一类问题。

关键词：　单片机　频率　频率的特征参数

1．引言

无论何种类型的信号，连续的或离散的，有规律的或无规律的，对计算机控制系统而言，首先得通过前向通道的调理，使信号能够被机器所检测：高低电平的范围，时序的配合、是否需要锁存、是否需要分频等等。

测速、测V/I、测相位等一般都要用到频率信号，特别是在工业控制中。很多变送器如电压、电量变速器，功率、行程变速器等都有频率信号或者说脉冲信号的输出。　频率信号抗干扰性能好，适于远距离传送，并且频率信号所需的接口简单，占用资源少，一般它只占用一路计数器接口直接进行计数或一个中断源输入接口，在中断服务程序中对脉冲进行计数，当然也可利用外部计数装置输入若干路通用I/O接口中。

总之频率信号的测量具有灵活的输入方式，对频率信号的各种参数的测量有重要的意义。频率参数主要包括周期、高低电平的持续时间以及占空比。

2．　周期的测量

因为　周期＝脉冲数/时间　，为了计算出单位时间的脉冲数，首先要有一个时间基准。如果用单片机的定时器进行定时则直接接入单片机内的信号的最高频率取决于晶振频率，由于所测信号的每一个脉冲的高低电平要持续至少一个机器周期，即它的周期不得高于2倍的机器周期；另一方面，一个机器周期等于6个状态周期，一个状态周期等于2个晶振周期。　故有：　T待测<=24*T晶振。

2.1低频信号周期的测量　接线示意图如图1，前端属于信号调理电路，工作原理是：用一个计数器，一个定时器，在设定的时间内对脉冲数进行累加；另一方法是一个定时器一个中断口，中断为下降沿触发，在中断程序中计数。

很明显，上述方法所得计数值会受到定时误差的影响；在精度要求高的场合可以用外接精密脉冲源的方法来规避此误差。即：使用外部脉冲进行比较计数时没有定时原因造成的误差。如图2。此时会有如下的关系式：　F待测*COUNT标准=F标准　*CONNT待测

2.2　高频信号周期的测量，图3是一个典型的电路

这个电路中各部分的功能说明如下：

AD9686：将非TTL电平信号转变为TTL电平,属于前向调理电路。

累加器是二进制计数器，目的是对信号进行分频，MR为清零端。此处用了两种不同性能的计数器，即74LS197和74LS93。其中LS197是四位二进制计数器，最高计数频率100MHz，它可以进行16分频，如果根据单片机的主频计算分频后的频率仍然高于可测频则需继续分频，当然对后面的分频芯片的最高工作频率的要求可以降低。各管脚的输出为：

74LS197的输出：　74LS93的输出：

Q1:Fin的2分频　Q2:Fin的4分频　Q1:Fin的32分频　Q2:Fin的64分频

Q3:Fin的8分频　Q1:Fin的16分频　Q3:Fin的128分频　Q1:Fin的256分频

本电路采用硬件控制方式，门控位置”1”时，74LS00打开，待测脉冲与基准脉冲同时进入外部硬件计数器计数，延时一定时间后，门控位置0，停止计数，根据此时的计数值我们有如下关系式：　COUNT待测/F待测＝COUNT基准/F基准根据需要可只将相应的分频管脚接入单片机内计数，也可采用I/O口全部读入各位分频脚的方法，由电路的结构，我们知道此电路有模块化的优点。

3　脉冲高电平持续时间的测量

3.1当脉冲频率较高，每周期高电平时间较短，为了保证精度，需对N次高电平的时间值进行平均。接线和流程示意图如下：

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