单片机频率测量原理
基于单片机的脉冲频率测量设计
基于单片机的脉冲频率测量设计基于单片机的脉冲频率测量设计摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一。
它广泛应用于计算机系统和各种数字仪器中。
随着电子技术的飞速发展，尤其是单片机的出现，传统的电子测量设备出现了新的变化。
许多大型集成电路对频率计很有用，并且在形状和功耗方面有了突破性的调整和改进。
该设计中频率测量的基本原理是在底部频段采用直接频率测量法，在底部频段采用直接频率测量方法设计方法。
硬件部分由放大器电路和塑料电路、单片机和数字显示电路组成。
软件部分由信号频率测量模块和数据显示模块实现。
应用单片机控制功能和算术运算能力实现了计数功能和频率的转换。
从根本上说，数字系统中电信号的大小没有变化，但在实际布局上有一个非常严格的要求，这是数字电路系统的一个关键点。
在电子系统领域，能够处理离散信息的数字电路系统随处可见。
数字集成电路具有结构简单、种类多的特点。
因此，高度集成和规范化是很容易的。
数字集成电路和计算机的发展是相辅相成的。
现在它是集成电路中最有效率和集成的设备。
集成电路有多种类型，可分为模拟电路和数字电路两大类。
为了更好地了解频率计的原理。
本文根据一种能产生频率的装置，通过单片机的功能在数字管上显示频率，从而更好地了解频率计的工作原理和实现过程。
关键词:频率，大电路，整形电路，离散信息。
数字频率计具有体积小、携带方便、功能完善、测量精度高的优点，在以后的时间内一定有更广阔的空间和使用价值。
例如，可以改进一个数字频率计来制造多用途频率测量仪，它可以测量频率、测量周期、占空比、脉宽等。
将数字频率计和其他电子测量仪器结合在一起，制成各种智能仪器和仪器。
应用于航空航天等科研领域，测量各种频率参数。
在高端电子产品上测量和监测频率参数，并在机械设备上使用该机器的振动生产。
对原始噪声的频率进行监测。
数字频率计的设计与开发，有助于提高频率计的功能，提高成本效益，提高实用性。
以往的频率计大多采用TTL数字电路设计，电路复杂，功耗大，体积大，成本高。
STM32单片机测量方波频率方法总结
STM32单片机测量方波频率方法总结一、测周法：通过一个方波的两个上升沿或下降沿触发中断，然后定时器计数，计数的总个数乘以计数单位时间即该方波的周期，具体可通过单片机输入捕获功能实现，以下为参考代码//输入捕获初始化函数void input_frequent_init(void) //采用TIM4的Channel_1通道作为输入捕获通道{//声明结构体变量，用来初始化定时器TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM4_TimeBaseInitStructure;TIM_ICInitTypeDef TIM4_ICInitStructure;NVIC_InitTypeDef TIM4_NVIC_InitStructure;/* 开启定时器4时钟 */RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1); //清除捕获和中断标志位TIM4_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 0xffff;//设定计数器自动重装值（设置为最大）TIM4_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1; //设置分频系数TIM4_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_C KD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_timTIM4_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_Cou nterMode_Up; //TIM向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM4_TimeBaseInitStructure);/ /根据结构体参量初始化定时器TIM4_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //选择输入捕获的输入端，IC1映射到TI1上TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity _Rising; //设置为上升沿捕获TIM4_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelecti on_DirectTI; //映射到TI1上TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV 1; //配置输入分频，不分频TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00; //IC1F=000 0 配置输入滤波器，此处不滤波TIM_ICInit(TIM4, &TIM4_ICInitStructure); //初始化TIM 4通道1//中断分组初始化NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);TIM4_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM4_IRQn;//打开TIM4的全局中断TIM4_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPri ority=1; //抢占优先级配置为1TIM4_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1; //响应优先级配置为1TIM4_NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能NVIC_Init(&TIM4_NVIC_InitStructure); //初始化中断TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); //使能中断TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1, ENABLE ); //使能捕获和更新中断}需要注意的是，如果所测信号中存在尖峰干扰信号，则TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00; //IC1F=0000 配置输入滤波器，此处不滤波这一行应根据干扰信号的高电平时间来赋予合适的滤波器的值，具体计算方法参考芯片手册或自行百度。
频率测量方法
0引言随着无线电技术的发展与普及，"频率"已经成为广大群众所熟悉的物理量。
而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域占有非常重要的地位。
为此．本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法。
1 测频系统的硬件结构测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。
无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1％左右。
有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几Hz；后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象，然后通过检测零差现象进行测频，常用于高频测量，误差在±20 Hz左右。
以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足，而电子计数法主要通过单片机进行控制。
由于单片机的较强控制与运算功能，电子计数法的测量频率范围宽，精度高，易于实现。
本设计就是采用单片机电子计数法来测量频率，其系统硬件原理框图如图1所示。
为了提高测量的精度，拓展单片机的测频范围，本设计采取了对信号进行分频的方法。
设计中采用两片同步十进制加法计数器74LS160来组成一个100分频器。
该100分频器由两个同步十进制加法计数器74LS160和一个与非门74LS00共同设计而成。
由于一个74LS160可以分频十的一次方，而当第一片74LS160工作时，如果有进位，输出端TC便有进位信号送进第二片的CEP端，同时CET也为高电平，这样两个工作状态控制端CET、CEP将同时为高电平，此时第二片74LS160将开始工作。
2 频率测量模块的电路设计用单片机电子计数法测量频率有测频率法和测周期法两种方法。
测量频率主要是在单位定时时间里对被测信号脉冲进行计数；测量周期则是在被测信号一个周期时间里对某一基准时钟脉冲进行计数。
2．1 8051测频法的误差分析电子计数器测频法主要是将被测频率信号加到计数器的计数输入端，然后让计数器在标准时间Ts1内进行计数，所得的计数值N1。
用单片机的外部中断来测频率
{ EA=1; EX0=1; ET0=1; IT0=1; TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xaf; TR0=1; }
// 延时程序 delay(uchar x) { uchar a,b; for(a=x;a>0;a--)
5.9.2 输入捕捉功能 ATmega128 的两个 16 位定时 / 计数器（ T/C1、T/C3）具有输入捕捉功能，它是
AVR定时 / 计数器的又一个显著的特点。其基本作用是当一个事件发生时，立即将 定时 / 计数器的值锁定在输入捕捉寄存器中（定时 / 计数器保持继续运行）。利用输 入捕捉功能，可以对一个事件从发生到结束的时间进行更加精确，如下面的示例中 精确测量一个脉数字有变化 .
// 原理： 1 秒钟内计数外部脉冲个数，如计数 1000 次，则表示频率为 1000Hz
//1 秒钟定时采用 51 单片机定时器 0 实现，外部脉冲由外部中断 0 引脚接入
#include<reg51.h>
#include"51hei.h"
#define uchar unsigned char
可以看到，使用定时 / 计数器以及配合它的捕捉功能测量脉冲宽度，不仅节省系 统的硬件资源，编写程序简单，而且精度也高，因为读到的上升沿和下降沿的时间 就是其实际发生的时间。
5.9.3 比较匹配输出和脉冲宽度调制 PWM （见已发表的主题）
AVR 单片机的每一个定时 / 计数器都配备独立的、多达 10 位的预分频器，由软件 设定分频系数，与 8/16 位定时 / 计数器配合，可以提供多种档次的定时时间。使用 时可选取最接近的定时档次，即选 8/16 位定时 / 计数器与分频系数的最优组合，减 少了定时误差。所以， AVR定时 / 计数器的显著特点之一是：高精度和宽时范围， 使得用户应用起来更加灵活和方便。此外， AVR的 USAR、T SPI、I2C、WDT等都不 占用这些定时 / 计数器。
单片机频率计原理
单片机频率计原理单片机频率计是一种利用单片机进行频率测量的设备。
其原理是通过测量输入信号的周期或频率来计算频率值。
单片机频率计的原理可以简单分为两个主要步骤：信号捕获和频率计算。
首先，信号捕获阶段，单片机需要从外部接收输入信号。
通常情况下，输入信号会经过一个条件放大器，然后进入单片机的输入引脚。
为了确保精确度，输入信号通常需要经过一个低通滤波器，以去除高频噪声。
一旦输入信号进入单片机，接下来就是频率计算阶段。
单片机通过计算输入信号的周期或频率，得出频率值。
常见的计算方法有两种：使用计数器和使用定时器。
使用计数器的方法是通过使用单片机的计数器来测量输入信号的周期或频率。
计数器接收到输入信号后开始计数，直到计数值达到某个预设值或经过一个特定时间长度。
然后，计数器的值将被读取并转换为频率值。
由于计数器的位数有限，所以测量范围也是有限的。
使用定时器的方法是利用单片机的定时器来测量输入信号的周期或频率。
定时器会根据输入信号的上升沿或下降沿来开始和停止计时。
通过测量定时器的值，可以计算出输入信号的周期或频率。
相比于计数器方法，定时器方法相对更精确，也更适合测量高频信号。
无论是计数器方法还是定时器方法，最终都需要将计数器或定时器的值进行一系列的转换以得到最终的频率值。
转换方式可以通过公式计算，也可以通过查表的方式来获得。
在转换过程中，需要考虑到单片机的时钟频率和计数器或定时器的分辨率等因素，以确保测量结果的准确性。
此外，为了提高测量的稳定性和准确性，单片机频率计通常还会采用一些增强技术。
例如，可以使用外部参考时钟来优化计时精度。
还可以进行信号预处理，如去除噪声和滤波等，以提高测量信号的质量。
总结起来，单片机频率计通过测量输入信号的周期或频率来计算频率值。
其中，信号捕获阶段主要是对输入信号进行处理，而频率计算阶段则是通过计数器或定时器来测量信号的周期或频率，并将其转换为最终的频率值。
通过合理的设计和优化，单片机频率计可以实现准确、稳定和高精度的频率测量功能。
单片机的频率计原理
单片机的频率计原理
频率计是一种测量信号频率的仪器，而单片机频率计则是利用单片机来实现频率计的原理。
单片机频率计的原理可以分为三个步骤：输入信号采样、计数和计算频率。
首先，需要对输入信号进行采样。
单片机频率计通常使用外部中断来采样输入信号。
外部中断允许单片机在检测到信号边沿时立即中断当前的任务并执行中断服务程序，以保证采样的准确性和实时性。
通过外部中断引脚，将输入信号连接到单片机的中断输入引脚。
在信号采样的同时，需要进行计数操作。
计数器是单片机内部的一个重要组件，它可以记录输入信号的脉冲数量。
在每次外部中断触发时，计数器会自动加一，从而实现对信号脉冲的计数。
计数器有不同的位数，可以根据需要选择合适的计数范围。
采样和计数之后，就可以通过计算来得到信号的频率。
频率是指在单位时间内发生的信号周期的次数。
以时间为单位，频率的计算公式为f=1/T，其中f为频率，T为周期。
在单片机中，周期可以通过计数器的值来表示。
假设计数器的位数为n，计数器的值为cnt，输入信号的周期为T，则频率f可以通过以下公式计算得到：
f = 1/(cnt * T)
计算出的频率可以通过串口或者LCD等输出设备来显示出来。
同时，可以使用按键来选择不同的计数范围和显示格式，以提高频率计的灵活性和便捷性。
总结起来，单片机频率计的工作原理是通过外部中断来采样输入信号，将采样到的信号脉冲数量记录在计数器中，然后根据计数器的值和输入信号的周期计算出频率，并将结果显示出来。
这种原理使得单片机频率计具有了高精度和高可靠性的特点，在实际应用中得到了广泛的应用。
利用51单片机实现频率测量
P0 = segment_code[val / 10000 % 10]; PositionSele(0, 1, 1);
P0 = segment_code[val / 1000 % 10]; PositionSele(1, 0, 1);
P0 = segment_code[val / 100 % 10]; PositionSele(0, 0, 1);
u8 code segment_code[10] = { 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f }; //显示0~9的值
void DigDisplay(u8 val) { P0 = segment_code[val / 100000 % 10]; //发送段码 PositionSele(1, 1, 1);
P0 = segment_code[val / 10 % 10]; PositionSele(1, 1, 0);
P0 = segment_code[val % 10]; PositionSele(0, 1, 0); }
void main() { u32 value = 0; TimerTnit(); while (1) {
利用51单片机定时器实现频率测量不同单片机晶振不同实际使用按实际单片机晶振频率求计数器初值
基于AT89C51单片机频率计的设计（含程序）
AT89C51单片机频率计的设计摘要基于在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。
由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。
因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。
频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。
为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机(AT89C51)相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。
频率计的硬件电路是用Ptotues绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KeilC做为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。
关键词：单片机；AT89C51；频率计；汇编语言选题的目的意义数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
其基本原理就是用闸门计数的方式测量脉冲个数。
频率是单位时间（ 1s ）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的 1s 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
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单片机频率测量原理
单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量。
在实际应用中，对于转速，位移、速度、流量等物理量的测量，一般也是由传感器转换成脉冲电信号，采用测量频率的手段实现。
使用单片机测量频率或周期，通常是利用单片机的定时计数器来完成的，测量的基本方法和原理有两种：
测频法：在限定的时间内（如1秒钟）检测脉冲的个数。
测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间。
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。
在具体频率的测量中，需要考虑和注意的因素有以下几点。
ü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A VR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。
ü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。
ü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。
采用测频法的频率计设计与实现
1）硬件电路
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。
2）软件设计
我们首先给出系统程序，然后做必要的说明。
/*********************************************
File name : demo_11_1.c
Chip type : ATmega16
Program type : Application
Clock frequency : 4.000000 MHz
Memory model : Small
External SRAM size : 0
Data Stack size 256
*********************************************/
#include <mega16.h>
flash char led_7[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; flash char position[8]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};
Char dis_buff[8]; // 显示缓冲区，存放要显示的8个字符的段码值Char posit;
bit time_1ms_ok,display_ok=0;
Char time0_old,time0_new,freq_time;
unsigned int freq;
void display(void) // 8位LED数码管动态扫描函数
{
PORTC = 0xff;
PORTA = led_7[dis_buff[posit]];
if (posit==5) PORTA = PORTA | 0x80;
PORTC = position[posit];
if (++posit >=8 ) posit = 0;
}
// Timer 2 output compare interrupt service routine
interrupt [TIM2_COMP] void timer2_comp_isr(void)
{
time0_new = TCNT0; // 1ms到，记录当前T/C0的计数值
time_1ms_ok = 1;
display_ok = ~display_ok;
if (display_ok) display();
}
void freq_to_disbuff(void) // 将频率值转化为BCD码并送入显示缓冲区{
char i,j=7;
for (i=0;i<=4;i++)
{
dis_buff[j-i] = freq % 10;
freq = freq / 10;
}
dis_buff[2] = freq;
}
void main(void)
{
char i;
DDRA=0xFF; // LED数码管驱动
DDRC=0xFF;
// T/C0初始化，外部计数方式
TCCR0=0x06; // 外部T0脚下降沿触发计数，普通模式
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;
// T/C2初始化
TCCR2=0x0B; // 内部时钟，32分频（4M/32=125KHz），CTC模式
TCNT2=0x00;
OCR2=0x7C; // OCR2 = 0x7C(124),(124+1)/125=1ms
TIMSK=0x80; // 允许T/C2比较匹配中断
for (i=0;i<=7;i++) dis_buff[i] = 0;
time0_old = 0;
#asm("sei") // 开放全局中断
while (1)
{
if (time_1ms_ok)
{ // 累计T/C0的计数值
if (time0_new >= time0_old) freq = freq + (time0_new - time0_old);
else freq = freq + (256 - time0_old + time0_new);
time0_old = time0_new;
if (++freq_time >= 100)
{
freq_time = 0; // 100ms到，
freq_to_disbuff(); // 将100ms内的脉冲计数值送显示
freq = 0;
}
time_1ms_ok = 0;
}
};
}
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。
该实例程序的性能和指标为（假定系统时钟没有误差= 4MHz）：
ü频率测量绝对误差：±10Hz。
由于限定的时间为100ms，而且T/C0的计数值有±1的误差，换算成频率为±10Hz。
ü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。
ü测量频度：10次/秒。
限定的时间为100ms，连续测量，所以为10次/秒。
ü使用资源：两个定时器，一个中断。