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简易数字频率计设计与应用

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在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此,频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式:一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法,如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量,间接测频法适用于低频信号的频率测量。本次设计的数字频率计以AT89C52为核心,在软件编程中采用的是C51语言,测量采用了多周期同步测量法,它避免了直接测量法对精度的不足,同时消除了直接与间接相结合方法,需对被测信号的频率与中介频率的关系进行判断带来的不便,能实现较高的等精度频率和周期的测量。

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字,显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号,方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中,由于其使用十进制数显示,测量迅速,精度高,显示直观,所以经常要用到数字频率计。

This powerful (200 nanosecONd instruction execution) yet easy-to-program (only 35 single word instructions) CMOS FLASH-based 8-bit microcontroller packs Microchip's powerful PIC architecture into an 40- or 44-pin package and is upwards compATIble with the PIC16C5X, PIC12CXXX and PIC16C7X devices. The PIC16F877A features 256 bytes of EEPROM data memory, self programming, an ICD, 2 Comparators, 8 channels of 10-bit Analog-to-Digital (A/D) converter, 2 capture/compare/PWM functions, the synchronous serial port can be configured as either 3-wIRe Serial Peripheral Interface (SPI ) or the 2-wire Inter-Integrated Circuit (I C ) bus and a Universal Asynchronous Receiver Transmitter (USART)。 All of these features make it ideal for more advanced level A/D applications in automotive, industrial, appliances and consumer applications.

  //本程序利用CCP1模块实现一个"简易数字频率计"的功能

  #include

  #include

  #include

  const  char table[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0XD8,0x80,0x90,0xFF};

  //不带小数点的显示段码表

  const  char table0[11]={0X40,0X79,0X24,0X30,0X19,0X12,0X02,0X78,0X00,0X10,0xFF};

  //带小数点的显示段码表

  bank3 int cp1z[11];   //定义一个数组,用于存放各次的捕捉值

  union cp1

  {int  y1;

  unsigned  char cp1e[2];

  }cp1u;       //定义一个共用体

  unsigned char COUNTW,COUNT; //测量脉冲个数寄存器

  unsigned char COUNTER,data,k;

  unsigned char FLAG @ 0XEF;

  #define FLAGIT(adr,bit)  ((unsigned)(&adr)*8+(bit)) //绝对寻址位操作指令

  static bit FLAG1  @ FLAGIT(FLAG,0);

  static bit FLAG2  @ FLAGIT(FLAG,1);

  static bit FLAG3  @ FLAGIT(FLAG,2);

  unsigned char s[4];    //定义一个显示缓冲数组

  int  T5 ,uo;

  double RE5;

  double puad5;

  //spi方式显示初始化子程序

  void SPIINIT()

  {

  PIR1=0;

  SSPCON=0x30;

  SSPSTAT=0xC0;

  //设置SPI的控制方式,允许SSP方式,并且时钟下降沿发送,与"74HC595,当其

  //SCLk从低到高跳变时,串行输入寄存器"的特点相对应

  TRISC=0xD7;    //SDO引脚为输出,SCK引脚为输出

  TRISA5=0;     //RA5引脚设置为输出,以输出显示锁存信号

  FLAG1=0 ;

  FLAG2=0 ;

  FLAG3=0 ;

  COUNTER=0X01;

  }

  //CCP模块工作于捕捉方式初始化子程序

  void ccpint( )

  {

  CCP1CON=0X05;    //首先设置CCP1捕捉每个脉冲的上升沿

  T1CON=0X00;    //关闭TMR1震荡器

  PEIE=1;      //外围中断允许(此时总中断关闭)

  CCP1IE=1;     //允许CCP1中断

  TRISC2=1;     //设置RC2为输入

  }

  //系统其它部分初始化子程序

  void initial( )

  {

  COUNT=0X0B;    //为保证测试精度,测试5个脉冲的参数后

  //求平均值,每个脉冲都要捕捉其上升、下降沿,

  //故需要有11次中断

  TRISB1=0;

  TRISB2=0;

  TRISB4=1;

  TRISB5=1;     //设置与键盘有关的各口的输入、输出方式

  RB1=0;

  RB2=0;      //建立键盘扫描的初始条件

  }

  //SPI传送数据子程序

  void    SPILED(data)

  {

  SSPBUF=data;    //启动发送

  do {

  ;

  }while(SSPIF==0);

  SSPIF=0;

  }

  //显示子程序,显示4位数

  void display( )

  {

  RA5=0;      //准备锁存

  for(COUNTW=0;COUNTW<4;COUNTW++){

  data=s[COUNTW];

  data=data&0x0F;

  if(COUNTW==k) data=table0[data];//第二位需要显示小数点

  else data=table[data];

  SPILED(data);   //发送显示段码

  }

  for(COUNTW=0;COUNTW<4;COUNTW++){

  data=0xFF;

  SPILED(data);   //连续发送4个DARK,使显示好看一些

  }

  RA5=1;      //最后给一个锁存信号,代表显示任务完成

  }

  //键盘扫描子程序

  void keyscan( )

  {

  if((RB4==0)||(RB5==0)) FLAG1=1 ;//若有键按下,则建立标志FLAG1

  else FLAG1=0 ;    //若无键按下,则清除标志FLAG1

  }

  //键服务子程序

  void  keyserve( )

  {

  PORTB=0XFD ;

  if(RB5==0) data=0X01;

  if(RB4==0) data=0X03;

  PORTB=0XFB;

  if(RB5==0) data=0X02;

  if(RB4==0) data=0X04;  //以上确定是哪个键按下

  PORTB=0X00;    //恢复PORTB的值

  if(data==0x01) {

  COUNTER=COUNTER+1; //若按下S9键,则COUNTER加1

  if(COUNTER>4) COUNTER=0x01;//若COUNTER超过4,则又从1计起

  }

  if(data==0x02) {

  COUNTER=COUNTER-1; //若按下S11键,则COUNTER减1

  if(COUNTER<1) COUNTER=0x04;//若COUNTER小于1,则又循环从4计起

  }

  if(data==0x03) FLAG2=1 ;  //若按下S10键,则建立标志FLAG2

  if(data==0x04) FLAG2=0 ;  //若按下S12键,则清除标志FLAG2

  }

  //中断服务程序

  void  interrupt cp1int(void)

  {

  CCP1IF=0;     //清除中断标志

  cp1u.cp1e[0]=CCPR1L;

  cp1u.cp1e[1]=CCPR1H;

  cp1z[data]=cp1u.y1;   //存储1次捕捉值

  CCP1CON=CCP1CON^0X01; //把CCP1模块改变成捕捉相反的脉冲沿

  data++;

  COUNT--;

  }

  //周期处理子程序

  void   PERIOD( )

  {

  T5=cp1z[10]-cp1z[0];   //求得5个周期的值

  RE5=(double)T5;    //强制转换成双精度数

  RE5=RE5/5;     //求得平均周期,单位为μs

  }

  //频率处理子程序

  void   FREQUENCY( )

  {

  PERIOD( );     //先求周期

  RE5=1000000/RE5;   //周期值求倒数,再乘以1 000 000,得频率,

  //单位为HZ

  }

  //脉宽处理子程序

  void  PULSE( )

  {

  int pu;

  for(data=0,puad5=0;data<=9;data++) {

  pu=cp1z[data+1]-cp1z[data];

  puad5=(double)pu+puad5;

  data=data+2;

  }       //求得5个脉宽的和值

  RE5=puad5/5;    //求得平均脉宽

  }

  //占空比处理子程序

  void  OCCUPATIONAL( )

  {

  PULSE( );     //先求脉宽

  puad5=RE5;     //暂存脉宽值

  PERIOD();     //再求周期

  RE5=puad5/RE5;    //求得占空比

  }

  //主程序

  main( )

  {

  SPIINIT( );     //SPI方式显示初始化

  while(1) {

  ccpint();     //CCP模块工作于捕捉方式初始化

  initial();     //系统其它部分初始化

  if(FLAG2==0) {

  s[0]=COUNTER;  //第一个存储COUNTER的值

  s[1]=0X0A;

  s[2]=0X0A;

  s[3]=0X0A;   //后面的LED将显示"DARK"

  }

  display( );    //调用显示子程序

  keyscan();    //键盘扫描

  data=0x00;    //存储数组指针赋初值

  TMR1H=0;

  TMR1L=0;    //定时器1清0

  CCP1IF=0;    //清除CCP1的中断标志,以免中断一打开就进入

  //中断

  ei( );     //中断允许

  TMR1ON=1;    //定时器1开

  while(1){

  if(COUNT==0)break;

  }      //等待中断次数结束

  di();     //禁止中断

  TMR1ON=0;    //关闭定时器

  keyscan();    //键盘扫描

  if(FLAG1==1) keyserve() ; //若确实有键按下,则调用键服务程序

  if(FLAG2==0) continue; //如果没有按下确定键,则终止此次循环,

  //继续进行测量

  //如果按下了确定键,则进行下面的数值转换和显示工作

  if(COUNTER==0x01) FREQUENCY(); //COUNTER=1,则需要进行频率处理

  if(COUNTER==0x02) PERIOD();   //COUNTER=2,则需要进行周期处理

  if(COUNTER==0x03) OCCUPATIONAL();//COUNTER=3,则需要进行占空比处理

  if(COUNTER==0x04) PULSE();   //COUNTER=4,则需要进行脉宽处理

  k=5;

  if(RE5<1){

  RE5=RE5*1000;   //若RE5<1,则乘以1 000,保证小数点的精度

  k=0x00;

  }

  else if(RE5<10){

  RE5=RE5*1000;   //若RE5<10,则乘以1 000,保证小数点的精度

  k=0x00;

  }

  else if(RE5<100){

  RE5=RE5*100;   //若RE5<100,则乘以100,保证小数点的精度

  k=0x01;

  }

  else if(RE5<1000){

  RE5=RE5*10;   //若RE5<1000,则乘以10,保证小数点的精度

  k=0x02;

  }

  else RE5=RE5 ;

  uo=(int)RE5;

  sprintf(s,"%4d",uo);  //把需要显示的数据转换成4位ASII码,且放入数

  //组S中

  display();

  }

  }

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