[发明专利]一种基于单片机的高精度频率计的实现电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单片机的高精度频率计的实现电路及方法，属于电子技术领域。

背景技术

频率是电子技术重要的研究项目，目前采用的方法基本上都是采用的也就是当信号下降沿到来时时间闸门开启，计数器便开始计数，在闸门关闭的同时计数器停止计数(即固定时间测脉冲的个数)。闸门开放时间为t₁(通常为整数1s、2s…)，计数的次数设为N₁，于是被测频率可表示为：使用这个方法来测量频率，当精度要求比较高的时候，测量的周期比较长，例如要将测量精度达到1Hz，需要1s，精度达到0.1Hz，需要10s，精度达到0.01Hz，需要100s。因为固定时间数脉冲的个数，脉冲个数一定是一个整数，这样精度就是所以精确到1Hz需要1s，10Hz需要10s。同时目前使用的频率计电路对于小信号、调幅信号很难准备测量其频率。

发明内容

本发明提供了一种基于单片机的高精度频率计的实现电路及方法，以用于提高测量精度。

本发明的技术方案是：一种基于单片机的高精度频率计的实现电路，包括波形处理电路、控制电路和显示电路；所述波形处理电路和显示电路分别与控制电路相连；

所述波形处理电路包括滤波电路、放大电路和逻辑门电路；其中滤波电路输入端与信号相连，滤波电路输出端与放大电路输入端相连，放大电路输出端与逻辑门电路输入端相连，逻辑门电路输出端与控制电路中单片机的计数器相连；

所述控制电路采用的是单片机最小系统，包括电源、单片机、振荡电路和复位电路；其中电源分别与单片机、振荡电路和复位电路相连，单片机再分别与逻辑门电路、显示电路、振荡电路和复位电路相连；

所述显示电路采用的是LCD1602，用来显示测量的频率。

所述滤波电路采用的是RC滤波器和陶瓷滤波器，其中RC滤波器的一端与信号相连，RC滤波器另一端与陶瓷滤波器一端相连，陶瓷滤波器另一端与放大电路相连；

所述振荡电路采用的是有源晶振。

一种基于单片机的高精度频率计的实现方法，所述方法的具体步骤如下：

S1、利用控制电路中单片机定时器功能计时，计数器功能计脉冲的数量，将计数器设置为下降沿有效：当从波形处理电路来一个脉冲时计数器自动进行加1，同时定时器进行计时，当计数器溢出时，正好记录了N个脉冲，这时定时器停止计时；

S2、取出定时器计时的时间t；

S3、计算出脉冲信号的周期则脉冲信号的频率为

S4、将实际脉冲信号的频率与测得的脉冲信号的频率进行比较，用统计的方法进行纠错矫正误差。

所述定时器计时的时间t满足：

若定时器采用方式1，则

若定时器采用方式2，则

其中，TH0、TL0表示与定时器有关的寄存器里的值，c表示N个脉冲进入中断的次数，f_晶表示单片机使用的时钟频率，单片机为51系列单片机。

本发明的工作原理是：

利用单片机本身的定时器功能采用一个标准的时钟进行计时，同时利用单片机本身的计数器功能计从波形处理电路中传来的脉冲数，假设固定脉冲的脉冲数为N，对这N个脉冲计时的时间为t，则单位脉冲的周期为则频率由于闸门的结束时刻对信号来说是随机的，将会有一个脉冲的量化误差，所以通过测量N个脉冲的总时间减小单个脉冲周期的误差，最后再通过测量的频率与真实频率进行比较，通过查表法由测量的频率计算出真实频率，提高频率计的准确度。同时根据该方法，频率是用脉冲的个数与时间t的商而得，所以可以精确到任何位数，提高了频率的精度。进一步分析测量的精度和误差，假设待测信号的周期个数为N，标准的时钟周期为T₀，晶振的频率为T_晶，则T₀＝12*T_晶，设晶振的频率为f_晶，机器周期频率为f₀，则在N个脉冲里面经过了M个标准时钟，则所以由于闸门的结束时刻对信号来说是随机的，计时器将会有一个时钟的的量化误差，因此计这N个脉冲的时间会少计零个到一个晶振的机器周期，因此根据推到可得真实的真实的则每个周期误差为例如：当测量的N＝1时，采取f_晶＝12000000Hz的晶振，则周期测量的误差最大为0.1us，通过可以精确到0.1Hz或者更高精度。

以51系列单片机为例，具体步骤如下：