在電子技術(shù)領域內(nèi),，頻率是一個最基本的參數(shù)，頻率與其它許多電參量的測量方案,，都有十分密切的關(guān)系,。因此，頻率的測量就顯得更為重要，而且,，目前在電子測量中,，頻率的測量精確度最高。

　　1. 電子計數(shù)測頻原理框圖

　　首先,，被測信號通過放大整形,，形成幅度一致，形狀一致是計數(shù)脈沖,。然后,，N將它加到閘門的一個輸入端，閘門由門控信號來控制其關(guān)閉時間,。計得的脈沖送至譯碼,，再送顯示器顯示出來。而由晶振產(chǎn)生的1MHz的振蕩信號經(jīng)放大整形,，形成方波,，經(jīng)多個10分頻10s，1s,，0.1s,，0.01s，1ms,，那么有fx=N／T符合測頻定義,。根據(jù)f=N／T。不難看出,，采用計數(shù)器測頻的測量誤差,，一方面決定于閘門時間T準不準確，即由晶振提供的標準頻率的準確度△T／T=-(△fo／fo),；另一方面決定于計數(shù)器計得的數(shù)準不準,，即"±1誤差"，△N／N=±1／N=±(1／○XTfx),。所以,，計數(shù)器直接測頻的誤差主要有兩項，即±1誤差和標準頻率誤差,。測低頻時,，由于±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差大得驚人，所以不宜采用直接測頻方法,。由于fX較低時,，利用計數(shù)器直接測頻，由±1誤差所引起的測頻誤差將會大到不可允許的程度,。所以,，為

了提高測量低頻時的準確度,，即減少±1誤差的影響，可改成先測周期Tx,，然后計算fx=1／Tx,。

　　2. 電子計數(shù)器測周期原理

　　Tx經(jīng)放大整形控制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形成門控信號，控制閘門的開閉,；然后晶搌產(chǎn)生的1MHz的振蕩信號,，經(jīng)放大整形形成方波，產(chǎn)生幅度一致,，形狀一致是計數(shù)脈沖,。當閘門打開時，對計數(shù)脈沖進行計數(shù),；閘門關(guān)閉時,，停止計數(shù)。計得的脈沖送譯碼,，送顯示。

　　3. 單片機定時器工作原理

　　8XX51單片機的定時器T1由TH1,，TL1組成,，定時器T0由TH0，TL0組成,。它們均為八位寄存器,，映射在特殊功能寄存器中，占地址8AH,、8BH,。它們用于存放定時或計數(shù)的初始值。此外,，內(nèi)部還有一個八位的方式選擇寄存器TMOD和一個八位的控制寄存器TCON,，占地址89H和88H，用于選擇定時器／計數(shù)器的工作方式,，如計數(shù)還是定時(C／-T),，啟動的方式(GATE)及發(fā)啟動控制信號TRx。

　　定時和計數(shù)實質(zhì)都是對脈沖的計數(shù),，只是被計的脈沖的來源不同,，定時方式的計數(shù)初值和被計脈沖的周期有關(guān)，而計數(shù)方式的計數(shù)初值只和被計脈沖的個數(shù)有關(guān)(計由高到低的邊沿數(shù)),。
 

　　8031單片機內(nèi)含有兩個16位可編程定時／計數(shù)器,。均可編程對內(nèi)部機器周期計數(shù)(定時方式)，或?qū)ν獠恳_輸入的脈沖進行計數(shù)(計數(shù)方式),。CPU工作于12MHz主頻時,，外部最高計數(shù)頻率500kHz,，內(nèi)部時鐘計數(shù)頻率達1MHz。定時器的基準定時脈沖周期為1μs,，當采用測頻方式時,，T／C0編程為計數(shù)方式，對被測信號頻率計數(shù),，產(chǎn)生欲置的檢測時間,。由于定時器最長的定時時間為65535s，欲產(chǎn)生更長的檢測時間需使用軟件計數(shù)器,，中斷多次即可獲得所需檢測時間,。被測頻率較低時，則選用測周方式,；T／C1編程為定時方式,，用來對m個輸入脈沖周期所經(jīng)歷的時間計時。

　　4. 等精度測量原理框圖

　　微處理器的主要優(yōu)點之一是可以利用微處理器的數(shù)據(jù)處理能力,，減少測量過程中產(chǎn)生的隨機誤差和系統(tǒng)誤差,，從而提高測量精度，所以往往把單片機運用在電子測量過程中,，來提高測量精度,。
 

　　實現(xiàn)等精度測量原理，關(guān)鍵是使Nx不產(chǎn)生誤差,，而No不超過±1誤差,。利用PC機總線技術(shù)，設計了相應的控制門電路,，實現(xiàn)對被測頻率信號的計數(shù)及相應的精確閘門時間,，并使閘門的開啟與關(guān)閉和被測信號的有效跳變同步。

　　預置門的打開和關(guān)閉由被測信號和預置的測量時間控制,，計數(shù)器Nx在預置門的控制下對被測信號頻率計數(shù),，控制門根據(jù)預置門產(chǎn)生一個與被測信號同步的同步門；計數(shù)器No在同步門的控制下對時標計數(shù),，得到精確的閘門時間Tg,。設時標周期為To，則被測頻率Fx=Nx／NoTo,。

　　單片機采用定時ls的測頻法先對信號進行預測,，軟件根據(jù)頻率高低自動選擇檢測時間或周期擴展倍數(shù)，以保證各檔都有較高測量精度,。當輸入信號頻率超過100kHz時,，信號經(jīng)擴展計數(shù)器分頻后送入8031按測頻法測量，頻率檢測時間設有三檔,，分別為0.01s,、0.1s,、1s。在轉(zhuǎn)入周期測量后,，信號直接送入單片機,，周期擴展倍數(shù)有104、103,、102,、10、1五檔,。

　　由于單片機的最高計數(shù)頻率為500kHz,，限制了測頻范圍，必須對高頻進行分頻,。擴展n分頻器后,，將會產(chǎn)生分頻誤差。這個n分頻最大將導致(n-1)個待測頻率周期的分頻誤差,。該誤差量級與"±l"誤差相當,，甚至更大。為了提高測頻分辨率,，我們采用了硬件同步分頻技術(shù),，即在閘門開啟的有效上升沿時刻，對74LS591分頻器清零,。在閘門關(guān)閉時刻，將分頻狀態(tài)打入總線緩沖器74LS244,，8031通過緩沖器讀出其值,，從而消除了"分頻誤差"?！?       在本系統(tǒng)中,，T／C1編程為定時方式時，在12MHz晶振下其最大定時時間只有65.536ms,，需采用軟件來擴展計數(shù)器的容量,。即計數(shù)器每溢出中斷一次，片內(nèi)RAM的內(nèi)容加一計數(shù),，這樣大大擴了單片機的計數(shù)范圍,。但同時也引入了中斷響應的時間誤差，我們稱之為"軟件誤差",。頻率計的核心是時間基準的正確性,，因此在中斷后重置定時器時間常數(shù)時，不能簡單地采用重置辦法,。從單片機的中斷響應系統(tǒng)及其響應過程可知：(1)定時器每次溢出中斷時,，WAIT語句必須執(zhí)行完才能響應,，該條指令的執(zhí)行時間為2μs，我們?nèi)∑淦骄舆t時間為1μs,；(2)CPU響應中斷到執(zhí)行中斷服務程序首條指令至少需3個完整的機器周期,，即延時3μs；(3)中斷服務程序中實際的定時時間是在執(zhí)行完時間常數(shù)的裝載指令后才開始,，兩條裝載指令占用4μs,。根據(jù)以上分析。每次中斷后,，將延遲約8μs后才開始定時,。實際獲得的定時時間必須考慮到8μs的延遲，該頻率計采用軟件補償?shù)奶幚矸椒▉斫档推溆绊?。由于軟件修正相當方便在儀器調(diào)試中可作進一步的調(diào)整,，因此基本上可消除軟件誤差。

　　頻率計根據(jù)被測信號頻率的大小,，軟件控制自動切換頻率檢測時間,，或自動轉(zhuǎn)換為周期測量，其軟件設計采用模塊化結(jié)構(gòu)設計,，程序設計與調(diào)試都很方便,，功能擴充也很靈活。單片機上電復位后,，首先執(zhí)行主程序,，完成有關(guān)芯片和定時器的初始化，設置數(shù)據(jù)緩沖區(qū),、顯示方式,、數(shù)據(jù)計數(shù)器初值及頻率初測方式等。開中斷后,，隨時檢測外部中斷和定時器所發(fā)出的中斷請求信號,，一旦有則轉(zhuǎn)入相應的中斷服務程序，否則返回顯示程序,，顯示所測的頻率值,。

　　5. 結(jié)束語

　　本文通過比較以往電子計數(shù)測頻原理、電子計數(shù)測周期原理的分析,，結(jié)合單片機定時／計數(shù)器的工作原理,，給出了等精度測量原理以及軟件誤差的消除方法。實現(xiàn)起來簡單可靠且性能穩(wěn)定,、精度高,、性價比低等優(yōu)點。