刘子凡
浙江浙能龙泉生物质发电有限公司 浙江省 龙泉市 323700
摘要
随着信息与技术的发展，现在涉及到最多的名词就是脉冲频率了，由于许多电参量的测量手段都与频率有着密切的关系，而单片机的出现，对各种测量技术带来了不可估量的成就，单片机对电气传动控制系统的发展起到很大的促进作用，在各个行业之间越发显得受欢迎。但是单片机技术在电气自动化控制系统中还有待完善和提高。本文介绍单片机技术在脉冲频率测量中的应用，阐述了具体测量设计方法。
关键词：单片机；脉冲测量；频率；自动化
前言
由单片机构成的频率计可以将硬件部分的计数集成在一块芯片上，由程序直接控制，电路简单、操作方便、响应速度快，并且能够可以及时准确的测量低频信号的频率。采用单片机的技术便于实现测量过程的自动化等优点。用单片机设计系统时，常常涉及到对频率进行测量，当被测频率较低时我们采用计数法，被测频率较高时我们采用周期法进行测量。
一、单片机的特性与介绍
首先，单片机是单片微型计算机的简称，具体来说，是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术，把具有数据处理能力的处理器以及只读、随机存储器等功能都集成到一起构成微型计算机系统，运用到多类领域当中。由于信息技术的发展和需求的提高，单片机技术一直在不断完善，目前来说，它的性能在不断加强，品种也不断增多，它本身所具有的多样化是引领电气自动化的一大趋势。单片机可靠性比较高，控制功能强，低功耗是最大优势，应用范围比较广，比如应用于仪器仪表中，通过结合不同的传感器实现多种物理量的测量；还可以构成多样的控制系统，使电气设备技术实现智能化、数字化、微型化等特点；在低功率的家用电器中也应用广泛，洗衣机、电视等都采用了单片机的控制技术，在一定程度上带来了便捷和迅速。
二、脉冲频率测量流程
首先，进行测量时所输入的波形经过触发器后，再经整形放大后即可变成方波，然后利用8051单片机的定时器/计数器TO给定定时时间为10ms,再利用8051的定时器/计数器T1作计数器，累计10ms时间里所经过的方波信号。当T0定时满10ms时，T0向CPU发出中断信号以由青中断，并进行频率测量。假设所设定的中介频率为100/10ms=100 X 100=10000Hz=10kHZ，为fx=N/T,?所以，可以将假定给定数值100与Tl进行比较，再将Tl计数器里所计的数与给定的数值进行比较。由于在用测频法测量频率时，较小频率的误差较大(±1误差)。所以，这里用10kHz作为中间频率，其±1误差为9.9kHz和10.1kHz,误差率为1%，可见该误差不是很大，是可以所接受的。采用单片机技术的脉冲频率测量的系统流程图如图2.1所示:
.png)
三、频率测量模块的方法分类和误差分析
（一）频率测量的方法
用单片机技术测量频率有测频法和测周期法，从数学的定义上看时间是频率的倒数，频率和时间是可以相互转换的，但对于某些频率，采用测量频率的方法和采用测量周期的方法引起的误差是不同的。通过实验的方法分析测频法和测周法的误差，并对中界频率进行界定。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，所以，不同的测量应采用不同的方式。
（二）频率测量的误差分析
1、测频法计算公式
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与被测信号的频率fx1的关系如下3.2-1公式所示：
.png)
4、测周法的测量范围
在测周法中，标准频率信号fs2由8051的内部定时结构产生，f s2恒为fc/12，因此,在给定α0为0.01时，fx2既有一定的上限频率，也有一定的下限频率。是如图3.2-4所示：
.png)
无论用哪种方法进行测量，其主要误差源都是由于计数器只能进行整数计数而引起的±1误差，可见，在同样的Ts下，测频法fx1的低频端，误差远大于高频端，而测周法在fx2的高频端，其误差远大于低频端。理论研究表明，如进行n次重复测量然后取平均，则士1误差会减小n倍。如给定±1误差，则要求α1≤α0。
对测频法要fs1≥fs2，对测周法则要求fs1≤60fs2,，因此，对一给定频率信号fs进行测量时，用测频法fs1越低越好，用测周法则fs2越高越好。
四、脉冲数与频率的关系
单片机可用软件来控制定时器/计数器的工作方式，以实现测频法和测周法的动态转换。对宽频带、高速率的频率测量可采用软件切换测量方法来提高测量精度与测量速度。脉冲数与频率间的关系见表4-1所示：
.png)
由此可见，当知道一定时间内的脉冲个数时，可以计算出此时的频率，进而可以计算出周期。
结束语
本文介绍了一种基于单片机的脉冲频率测量的具体方法和过程。单片机的测量原理非常简单，硬件电路制作方便，软件编程易于实现，所测得的频率范围较宽，精度较高，平均相对误差相对较低，是在允许的测量误差范围内。单片机应用于脉冲频率计数计算，关键在于分频、同步、计数量程这几点，利用单片机的测算功能在测出脉冲频率具有显著优势，并达到了测量频率的目的，但在实际制作和测试过程中，由于自己知识有限，时间短和经验不足等原因，还是出现了一些问题和需要继续改进、完善的地方。由于单片机内部具有丰富的存储资源和强大的数据处理能力，因此采用单片机设计的数字频率计数的多功能控制系统，测量速度才得以提升，用于连续测量的控制系统是非常有价值和意义的。
参考文献
[1]严国平:高频电子线路学习指导与题解，华中科技大学出版社，2010.3,P6-P9
[2]谭浩强:C语言设计，清华大学出版社，2009.10，P34-P45
[3]陈启军、于有灵:嵌入式系统及其应用，同济大学出版社，2011.5，P9-P13
[4]王宗辉、陈文志:嵌入式系统原理与设计，电子工业出版社，2009.9，P4-P7
[5]周强、陈永林:电子线路基础，清华大学出版社，2010.10，P45-P50
[6]黄智伟.全国大学生电子设计大赛系统设计．北京:北京航空航天大学出版社
[7]张洪润刘秀英张亚凡.单片机应用设计200例(下册） .北京:北京航空航天大
[8]林志琦、郎建军、李会杰、佟大鹏.基于Proteus 的单片机可视化硬件仿真.北京:北京航空航天大学出版社，2006.9