等精度测频法实验

基于P89V51RD2简易频率计设计参考（等精度测频法）本文采用《多周期同步测频法（即等精度测频法）》进行频率测量。设计题要求，设计一个基于P89V51RD2的简易频率计1，使用8个LED数码管显示测试结果2，使用8个LED指示不同的频率量程，比如MHz、KHz、Hz3，给出你的频率计测试频率所采用的方法、能够测试频率的范围，不同量程测试结果的误差、以及测量频度（每秒几次）4，系统时钟4M（振荡频率24M）（理论上认为系统时钟100%准确，不存在误差），5，尽量少用或不用外围器件一、基本分析1、最高被测频率确定由于系统时钟为4M，因此最高能实现的测试频率为2M（不使用外部分频电路情况下）。通常MCU的I/O口是由系统时钟同步工作I/O口，至少需要2个系统时钟脉冲才能检测I/O上电平的跳变。2、最低被测频率测定通常理解最低测试频率为0。但对于1Hz以下的频率测试，需要的时间非常长，例如，0.5Hz的频率测试一次至少需要2秒，0.1Hz的频率测试一次至少需要10秒。在本设计中考虑简化，设定最小频率测量频度为1，既每秒钟完成一次并给出和显示一次新的频率测量值。所以本设计拟定的频率测试范围和最小测量频度为：最高测量频率≤2M最低测量频率＞1Hz(1Hz以下认为0)最小测量频度（＞0.5Hz）≈1次/秒3、采用基本的测量方法是用MCU频率测量脉冲频率的3种最基本方法为测频法和测周法、多周期测周法。这里采用多周期同步测频法（即等精度测频法）。二、测量原理、误差讨论多周期同步测频法（即等精度测频法）将时标信号0f通过主门计数；通过被测信号控制门电路形成门控信号。在等精度测频法中将门控信号与被测信号同步。00,00xxTNTNfNNfxx。多周期同步测频原理框图如下图所示。图1工作过程和波形图如下图所示。图2fxN0CP主门Nx主门N0同步闸门(D触发器)预置闸门脉冲计数器2#单片机计数器1#晶振1MHz8253f0NxT图300,00xxTNTNfNNfxx由以上工作过程和波形图可以看出，Nx对被测信号Tx的计数是与闸门是同步的，故不存在量化（±1）误差，即xN=0，故xxNN=0。这样，用该计数器测频，不管频率高低其精度是相同的。这时误差仅发生在计数器2对f0的计数N0上，因为主门2与f0之间并无同步关系，故仍存在量化误差，不过通常f0fx，故±1误差相对小得多。等精度测频方式的误差表达式可以表达为0000ffNNffxx,第一项00NN为数字化仪器所特有的误差，0N=±1；由于1N的值趋近于0f的值，并且0N﹥20f，故||00NN﹤02f。第二项00ff是时标信号0f的相对误差，这项误差取决于石英振荡器所提供的标准频率的准确度。由于1误差对测量结果的影响基本固定，故测量准确度越高并且xxff﹤|)|2(000fff。三．多周期同步测频法的单片机实现多周期同步测频法的原理、工作过程和波形图已经给出。简单说一下P89V51RD2硬件资源规划和编程思路。采用PCA的模块1PWM产生约1S的预置闸门信号。采用TIM1的计数模式对xN进行计数。采用TIM2的计数模式对0N进行计数。采用TIM0的进行显示控制。请注意如果没有图2的触发器则没法实现多周期同步测频！！！！！