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基于单片机的数字频率计设计

作者:时间:2012-12-20来源:网络收藏

多周期同步法的测量误差主要由Ns产生。当频率较低(10 kHz),且测量信号信噪比较小(40 dB)时,触发误差较大,是误差的主要来源。当被测频率大于10 kHz时,误差取决于标频信号的准确度和分辨率带来的误差,两者基本相当。所以低频测量时,运用多周期测量法误差会很大。
如图2所示,高频测量时首先利用的定时器TO进行软件分频,根据定时时间的不同分出一个或几个闸门信号,利用这些不同周期的闸门去做不同的基准时间。对于不同基准时间内的频率测量,其精度是不同的,随着基准时间的加长,精度会越来越高。测频时,根据测量精度要求,预置闸门TO控制起闭时间为t,开启TO,同时放出待测信号和标准信号。这时计数器T2和计数器T1分别对待测信号fx和标准信号fc(频率已知)同时计数,当预置闸门控制时间Tn到达闸门关闭时,两个计数器停止计数。若两个计数器T2、T1的计数值分别为M和N,则待测频率的值为fx=fc×(M/N)。
2.2 低频方案选择
对低频段信号(10 kHz)的信号采用周期测频法。周期测量法也是频率测量的一种常用方法,而且常常用于低频的测量。其原理是在被测频率fx的一个周期内Tx,记录标准频率fc的变化次数M,则有fc=M/Tx,即待测信号频率为fx=fc/M。采用这种方法时,我只用到了的T2定时器,由于T2定时器拥有捕获功能,可以在被测信号脉冲的下降沿到来之际实现对此时时间的捕获,这样在被测频率两个下降沿之间就形成一个周期,产生两次捕获,而这两侧捕获的时间差就是被测频率的周期,其频率就是周期的倒数。运用这种方法可以对频率为65 535 Hz以内的频率进行测量,如图3所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/170650.htm

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3 结论
本论文中对高频测量进行了软件仿真,从表1中我们可以看出,随着所测频率的位数的增大,频率的误差越小。在甚低频阶段,由于仿真时只开启高频测量,用的是多周期同步测量法,所以可以看到由于基准频率±1的误差而引起的±1的误差,而对于甚低频及低频的测量,±1的误差是极其影响测量效果的。这和理论预测的效果是完全吻合的。由于一些不明原因,低频测量程序无法得到仿真。如果低频测量程序可以开启的话,在低频测量时就会转化成周期法测量。这样由于低频的频率很低,其周期很大,所以的反应速度是可以跟得上的,从而避免了±1的误差,使得低频测量也可以达到误差为0%。对于中频及高频阶段,我们可以在表中看到,虽然差值随着频率的增大而越来越大,但是误差百分比却越来越小,尤其对于高频的测量,其误差可以小到十万分之几,完全可以满足一般用户的需求。

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由此,该验证了多周期同步测量法对中高频信号的测量能力是不错的,但是对于低频及甚低频的测量却缺陷很大。而正好周期法的优点就是测量低频信号非常准确。这两种方法的结合正好弥补了两者的缺陷,凸显了两者的优点。再加上智能分频使单片机的测量带宽提高了一千倍以上,仅用几个芯片搭成的低成本简单电路,使该拥有了不错的性价比。

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