用PIC16F87X單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率頻率計(jì)的一種方法

1、用PIC16F87X單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率頻率計(jì)的一種方法大小：大?。盒≈写笞髡撸豪顫龔埲A鋒來(lái)源:日期：2007-09-24 點(diǎn)擊：177Q戲摘要介紹了高分辨率頻率計(jì)的一種實(shí)現(xiàn)方法。該方法是基于PICC高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用PIC16F87X單片機(jī)，該方案具有原理簡(jiǎn)單.性能可靠、分辨率高特點(diǎn)，使用該方法測(cè)量低頻頻率時(shí)最少可以得到8位有效數(shù)字。1引言隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機(jī)為控制核心的控制器件，已經(jīng)全面滲透到測(cè)試儀器和計(jì)量檢定的各個(gè)方面。同時(shí)，頻率計(jì)作為一種常用工具，在工程技 術(shù)和無(wú)線電測(cè)量、計(jì)量等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。本文介紹了一種以PIC16F87X系列單片機(jī)為控制器的高分辨率頻率計(jì)的實(shí)現(xiàn)方

2、法。該方法設(shè)計(jì)的頻率計(jì)主要用來(lái)測(cè)量脈沖頻率。它采用LCD圖形液晶顯示，清晰度高，可視范圍廣，可外接晶體頻率源，具有測(cè)量速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。2設(shè)計(jì)原理PIC16F877A單片機(jī)內(nèi)部集成有捕捉/比較/脈寬調(diào)制PWM (CCP)模塊。當(dāng)CCP工作在捕捉(capture)方式時(shí)，可捕捉外部輸入脈沖的上升沿或下降沿，并產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。PIC16F877A單片機(jī)內(nèi)部還集成了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模塊，在本方案中采用其中的TMR1作為定時(shí)器，該定時(shí)器的工作原理是通過(guò)TMR1“寄存器對(duì)”TMR1H:TMR1L從0000H遞增到FFFFH，之后再返回0000H時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高位溢出，并且將會(huì)設(shè)置溢出中斷標(biāo)志位TMR1I

3、F為I，同時(shí)引起CPU中斷響應(yīng)。在均勻的脈沖序列中，脈沖頻率值等于單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的脈沖次數(shù)。根據(jù)這個(gè)原理，可以采用PIC16F87X系列單片機(jī)(本文以PIC16F877A型單片機(jī)為例) 內(nèi)置定時(shí)器模塊TMR1計(jì)時(shí)，同時(shí)使用CCP模塊的捕捉功能，每間隔n(n=1,4,16)個(gè)脈沖捕捉一次并產(chǎn)生中斷，記錄第1個(gè)和第(m-1)*n+1個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)的定時(shí)器計(jì)時(shí)t1和tm，如圖1所示。_n_tl_n_tl圖i脈沖捕捉示意圖用被捕捉的脈沖次數(shù)除以第1次和第(m-1)*n+1次脈沖之間間隔的時(shí)間即可得到脈沖頻率值。因此，脈沖頻率值計(jì)算公式為:f ST3被測(cè)頻率值范圍在測(cè)試過(guò)程中，需要特別注意的是，兩次CCP

4、中斷的時(shí)間間隔必須大于1次中斷服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。否則，如果在中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)又發(fā)生CCP中斷，就不能正常工作。根據(jù)上述條件，則有：做碩由上式得到: 式中：SCCP 表示捕捉分頻倍數(shù)。fx 表示被測(cè)頻率tTCYC 表示系統(tǒng)時(shí)鐘周期。N表示中斷所需最小指令周期數(shù)。設(shè)定：SCCP=16N=40TCYC= 4/20MHz = 0.2 us則:fx2,000,000Hz由此可知，實(shí)際頻率測(cè)量范圍在0-2 MHz之間。若需測(cè)量更大頻率，可以根據(jù)需要在待測(cè)頻率和CPU的CCP 口之間接入相應(yīng)倍數(shù)的分頻器，每接入一個(gè)1/n倍分頻器，可測(cè)頻率范圍可擴(kuò)大n倍（如圖2 所示）。如在待測(cè)頻率和CCP 口之間接入三個(gè)1

5、/10倍分頻器，則可測(cè)頻率范圍為02 GHz。| i 1 緞 4CC理OSCE圖2 CPU外接示意圖4程序設(shè)計(jì)4. 1中斷程序中斷程序流程圖如圖3所示。圖3中斷子程序流程圖中斷服務(wù)子程序如下：void interrupt TMR I_CCP2_ini(void)if(TMR1IF=I) /判斷是否定時(shí)器中斷TMRIIF=0; /TMR1中斷標(biāo)志位清0TMR1ON=0; /關(guān)閉 TMR1TMR1L=0 x00; /設(shè)置TMR1數(shù)據(jù)寄存器初始值0 x0bdcTMR1H=0 x00;TMR1ON=1; 開(kāi)啟 TMR1，_是否5if(ccp_count=0)TMR1IE=1; /允許 TMR1 中斷T

6、MR1IF=0; /TMR1中斷標(biāo)志位清0T1CON=0 x30; 設(shè)置 1:8 分頻，關(guān)閉 TMR1TMR1L=0 x00; /TMR1數(shù)據(jù)寄存器清零TMR1H=0 x00;TMR1ON=1; /開(kāi)啟 TMR1 中斷CCP2IF=0; /CCP2中斷標(biāo)志位清0ccp_count+; 脈沖計(jì)數(shù)器加14.2測(cè)試過(guò)程程序程序流程圖如圖4所示。F. 羸貌蠢始化定時(shí)畀中斷時(shí)數(shù)更景 time-Hjunt*=()+脈沖皚程中斷什敬庾量明 f劇UI1L司。企忤CC瞠中斷1L中葡株態(tài)僚拂*妹蕙2、說(shuō)JtWc棒捕捉糧式 焉每2剝*神搦提妹蕙圖4主程序流程圖測(cè)試過(guò)程程序如下：unsigned long measu

7、re_course(unsigned charcatch_mode)time_count=0; 定時(shí)計(jì)數(shù)器清零ccp_count=O 脈沖計(jì)數(shù)器清零GIE=1; /允許全局中斷PEIE=1; /允許外圍中斷TRISC1=0; /CCP2(RC1)輸入CCP2IE=1; /允許 CCP2 中斷CCP2IF=0; /CCP2中斷標(biāo)志位清0CCP2CON=catch_mode; 設(shè)置捕捉脈沖模式e(); 中斷開(kāi)始while(1) /等待定時(shí)中斷，時(shí)間到則退出 if(ccp_count=2)break;di(); 中斷結(jié)束TMR1ON=0; /關(guān)閉 TMR1CCP2CON=0 x00; 關(guān)閉 CCP2

8、CCP2IE=0; /關(guān)閉 CCP2 中斷CCP2IF=0; /CCP2中斷標(biāo)志位清0TRISC1=0; /CCP2(RC1)輸出TMR1IE=0; /關(guān)閉 TMR1 中斷TMR1IF=O; /TMR1中斷標(biāo)志位清0PEIE=0; /關(guān)閉外圍中斷GIE=0; /關(guān)閉全局中斷5性能評(píng)價(jià)傳統(tǒng)的頻率測(cè)量方法有兩種：一是測(cè)周期求頻率，這樣對(duì)被測(cè)頻率信號(hào)的信噪比要求高，否則就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差；另一種是計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生脈沖數(shù) 量，雖然這種方法對(duì)信噪比要求不高，但是顯示分辨率受到限制，并且會(huì)產(chǎn)生1的誤差。本方案摒棄了傳統(tǒng)的測(cè)量方法，采用測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)及計(jì)算被測(cè)脈沖所經(jīng)歷時(shí)間的方法，完全避免了傳統(tǒng)方法的弊端。在本方案中，CPU接外頻標(biāo)(如圖2所示)，測(cè)量誤差僅為時(shí)基誤差，而較好的外頻標(biāo)的誤差一般小于10-9，因而測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字最少可達(dá)8位以上， 使得低頻測(cè)量與高