1. 电子计数测频原理框图
首先,被测信号通过放大整形,形成幅度一致,形状一致是计数脉冲。然后,N将它加到闸门的一个输入端,闸门由门控信号来控制其关闭时间。计得的脉冲送至译码,再送显示器显示出来。而由晶振产生的1MHz的振荡信号经放大整形,形成方波,经多个10分频10s,1s,0.1s,0.01s,1ms,那么有fx=N/T符合测频定义。根据f=N/T。不难看出,采用计数器测频的测量误差,一方面决定于闸门时间T准不准确,即由晶振提供的标准频率的准确度△T/T=-(△fo/fo);另一方面决定于计数器计得的数准不准,即"±1误差",△N/N=±1/N=±(1/○XTfx)。所以,计数器直接测频的误差主要有两项,即±1误差和标准频率误差。测低频时,由于±1误差产生的测频误差大得惊人,所以不宜采用直接测频方法。由于fX较低时,利用计数器直接测频,由±1误差所引起的测频误差将会大到不可允许的程度。所以,为了提高测量低频时的准确度,即减少±1误差的影响,可改成先测周期Tx,然后计算fx=1/Tx。
Tx经放大整形控制双稳态触发器形成门控信号,控制闸门的开闭;然后晶搌产生的1MHz的振荡信号,经放大整形形成方波,产生幅度一致,形状一致是计数脉冲。当闸门打开时,对计数脉冲进行计数;闸门关闭时,停止计数。计得的脉冲送译码,送显示。
8XX51单片机的定时器T1由TH1,TL1组成,定时器T0由TH0,TL0组成。它们均为八位寄存器,映射在特殊功能寄存器中,占地址8AH、8BH。它们用于存放定时或计数的初始值。此外,内部还有一个八位的方式选择寄存器TMOD和一个八位的控制寄存器TCON,占地址89H和88H,用于选择定时器/计数器的工作方式,如计数还是定时(C/-T),启动的方式(GATE)及发启动控制信号TRx。
定时和计数实质都是对脉冲的计数,只是被计的脉冲的来源不同,定时方式的计数初值和被计脉冲的周期有关,而计数方式的计数初值只和被计脉冲的个数有关(计由高到低的边沿数)。
4. 等精度测量原理框图
微处理器的主要优点之一是可以利用微处理器的数据处理能力,减少测量过程中产生的随机误差和系统误差,从而提高测量精度,所以往往把单片机运用在电子测量过程中,来提高测量精度。
预置门的打开和关闭由被测信号和预置的测量时间控制,计数器Nx在预置门的控制下对被测信号频率计数,控制门根据预置门产生一个与被测信号同步的同步门;计数器No在同步门的控制下对时标计数,得到精确的闸门时间Tg。设时标周期为To,则被测频率Fx=Nx/NoTo。
单片机采用定时ls的测频法先对信号进行预测,软件根据频率高低自动选择检测时间或周期扩展倍数,以保证各档都有较高测量精度。当输入信号频率超过100kHz时,信号经扩展计数器分频后送入8031按测频法测量,频率检测时间设有三档,分别为0.01s、0.1s、1s。在转入周期测量后,信号直接送入单片机,周期扩展倍数有104、103、102、10、1五档。
由于单片机的最高计数频率为500kHz,限制了测频范围,必须对高频进行分频。扩展n分频器后,将会产生分频误差。这个n分频最大将导致(n-1)个待测频率周期的分频误差。该误差量级与"±l"误差相当,甚至更大。为了提高测频分辨率,我们采用了硬件同步分频技术,即在闸门开启的有效上升沿时刻,对74LS591分频器清零。在闸门关闭时刻,将分频状态打入总线缓冲器74LS244,8031通过缓冲器读出其值,从而消除了"分频误差"。
在本系统中,T/C1编程为定时方式时,在12MHz晶振下其最大定时时间只有65.536ms,需采用软件来扩展计数器的容量。即计数器每溢出中断一次,片内RAM的内容加一计数,这样大大扩了单片机的计数范围。但同时也引入了中断响应的时间误差,我们称之为"软件误差"。频率计的核心是时间基准的正确性,因此在中断后重置定时器时间常数时,不能简单地采用重置办法。从单片机的中断响应系统及其响应