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牛牛游戏单片机频率测量原理

发布日期:2020-07-24 01:08

  这两种方法尽管原理是相同的,但在实际使用时,需要根据待测频率的范围、系统的时钟周期、计数器的长度、以及所要求的测量精度等因素进行全面和具体的考虑,寻找和设计出适合具体要求的测量方法。

   系统的时钟。首先测量频率的系统时钟本身精度要高,因为不管是限定测量时间还是测量限定脉冲个数的周期,其基本的时间基准是系统本身时钟产生的。其次是系统时钟的频率值,因为系统时钟频率越高,能够实现频率测量的精度也越高。因此使用AVR测量频率时,建议使用由外部晶体组成的系统的振荡电路,不使用其内部的RC振荡源,同时尽量使用频率比较高的系统时钟。

   所使用定时计数器的位数。测量频率要使用定时计数器,定时计数器的位数越长,可以产生的限定时间越长,或在限定时间里记录的脉冲个数越多,因此也提高了频率测量的精度。所以对频率测量精度有一定要求时,尽量采用16位的定时计数器。

   被测频率的范围。频率测量需要根据被测频率的范围选择测量的方式。当被测频率的范围比较低时,最好采用测周期的方法测量频率。而被测频率比较高时,使用测频法比较合适。需要注意的是,被测频率的最高值一般不能超过测频MCU系统时钟频率的1/2,因为当被测频率高于MCU时钟1/2后,MCU往往不能正确检测被测脉冲的电平变化了。

  除了以上三个因素外,还要考虑频率测量的频度(每秒内测量的次数),如何与系统中其它任务处理之间的协调工作等。频率测量精度要求高时,还应该考虑其它中断以及中断响应时间的影响,甚至需要在软件中考虑采用多次测量取平均的算法等。

  硬件电路的显示部分,PA口为8个LED数码管的段输出,PC口控制8个LED数码管的位扫描。使用T/C0对被测信号输入的脉冲个数进行计数,被测频率信号由PB0(T0)输入。

  程序中LED扫描形式函数desplay(),以及脉冲计数值转换成BCD码并送显示缓冲区函数freq_to_disbuff()比较简单,请读者自己分析。

  在该程序中,使用了两个定时计数器。T/C0工作在计数器方式,对外部T0引脚输入的脉冲信号计数(下降沿触发)。T/C2工作在CTC方式,每隔1ms中断一次,该定时时间即作为LED的显示扫描,同时也是限定时间的基时。每一次T/C2的中断中,都首先记录下T/C0寄存器TCNT0当前的计数值,因此前后两次TCNT0的差值(time0_new time0_old)或(256 - time0_old + time0_new)就是1ms时间内T0脚输入的脉冲个数。为了提高测量精度,程序对100个1ms的脉冲个数进行了累计(在变量freq中),即已知限定的时间为100ms。

  读者还应该注意频率的连续测量与LED扫描、BCD码转换之间的协调问题。T/C2中断间隔为1ms,因此在1ms时间内,程序必须将脉冲个数进行的累计、BCD码转换和送入显示缓冲区,以及LED的扫描工作完成掉,否则就会影响到下一次中断到来后的处理。

  在本实例的T/C2中断中,使用了display_ok标志,将LED扫描分配在奇数ms(1、3、5、7、),而将1ms的TCNT0差值计算、累积和转换等处理放在主程序中完成。另外由于计算量大的BCD码转换是在偶数ms(100ms)处理,所以程序中LED的扫描处理和BCD码转换处理不会同时进行(不会在两次中断间隔的1ms内同时处理LED扫描和BCD码转换),这就保证了在下一次中断到达时,前一次的处理已经全部完成,使频率的连续测量不受影响。

   被测最高频率值:255KHz。由于T/C0的长度8位,所以在1ms中,TO输入的脉冲个数应小于255个,大于255后造成T/C0的自动清另,丢失脉冲个数。

   测量频度:10次/秒。限定的时间为100ms,连续测量,所以为10次/秒。

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