簡易數字頻率計設計與應用

在電子技術中，頻率是最基本的參數之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種，其中電子計數器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現測量過程自動化等優點，是頻率測量的重要手段之一。電子計數器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。本次設計的數字頻率計以AT89C52為核心，在軟件編程中采用的是C51語言，測量采用了多周期同步測量法，它避免了直接測量法對精度的不足，同時消除了直接與間接相結合方法，需對被測信號的頻率與中介頻率的關系進行判斷帶來的不便，能實現較高的等精度頻率和周期的測量。

數字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產領域不可缺少的測量儀器。它是一種用十進制數字，顯示被測信號頻率的數字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內變化的物理量。在進行模擬、數字電路的設計、安裝、調試過程中，由于其使用十進制數顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經常要用到數字頻率計。

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模塊實現一個簡易數字頻率計的功能

　　#include

　　#include

　　#include

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

　　//不帶小數點的顯示段碼表

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

　　//帶小數點的顯示段碼表

　　bank3 int cp1z[11]; //定義一個數組，用于存放各次的捕捉值

　　union cp1

　　{int y1;

　　unsigned char cp1e[2];

　　}cp1u; //定義一個共用體

　　unsigned char COUNTW,COUNT; //測量脈沖個數寄存器

　　unsigned char COUNTER,data,k;

　　unsigned char FLAG @ 0XEF;

　　#define FLAGIT（adr,bit） （（unsigned）（adr）*8+（bit）） //絕對尋址位操作指令

　　static bit FLAG1 @ FLAGIT（FLAG,0）；

　　static bit FLAG2 @ FLAGIT（FLAG,1）；

　　static bit FLAG3 @ FLAGIT（FLAG,2）；

　　unsigned char s[4]; //定義一個顯示緩沖數組

　　int T5 ,uo;

　　double RE5;

　　double puad5;

　　//spi方式顯示初始化子程序

　　void SPIINIT（）

　　{

　　PIR1=0;

　　SSPCON=0x30;

　　SSPSTAT=0xC0;

　　//設置SPI的控制方式，允許SSP方式，并且時鐘下降沿發送，與74HC595,當其

　　//SCLk從低到高跳變時，串行輸入寄存器的特點相對應

　　TRISC=0xD7; //SDO引腳為輸出，SCK引腳為輸出

　　TRISA5=0; //RA5引腳設置為輸出，以輸出顯示鎖存信號

　　FLAG1=0 ;

　　FLAG2=0 ;

　　FLAG3=0 ;

　　COUNTER=0X01;

　　}

　　//CCP模塊工作于捕捉方式初始化子程序

　　void ccpint（ ）

　　{

　　CCP1CON=0X05; //首先設置CCP1捕捉每個脈沖的上升沿

　　T1CON=0X00; //關閉TMR1震蕩器

　　PEIE=1; //外圍中斷允許（此時總中斷關閉）

　　CCP1IE=1; //允許CCP1中斷

　　TRISC2=1; //設置RC2為輸入

　　}

　　//系統其它部分初始化子程序

　　void initial（ ）

　　{

　　COUNT=0X0B; //為保證測試精度，測試5個脈沖的參數后

　　//求平均值，每個脈沖都要捕捉其上升、下降沿，

　　//故需要有11次中斷

　　TRISB1=0;

　　TRISB2=0;

　　TRISB4=1;

　　TRISB5=1; //設置與鍵盤有關的各口的輸入、輸出方式

　　RB1=0;

　　RB2=0; //建立鍵盤掃描的初始條件

　　}

　　//SPI傳送數據子程序

　　void SPILED（data）

　　{

　　SSPBUF=data; //啟動發送

　　do {

　　;

　　}while（SSPIF==0）；

　　SSPIF=0;

　　}

　　//顯示子程序，顯示4位數

　　void display（ ）

　　{

　　RA5=0; //準備鎖存

　　for（COUNTW=0;COUNTW4;COUNTW++）{

　　data=s[COUNTW];

　　data=data0x0F;

　　if（COUNTW==k） data=table0[data];//第二位需要顯示小數點

　　else data=table[data];

　　SPILED（data）； //發送顯示段碼

　　}

　　for（COUNTW=0;COUNTW4;COUNTW++）{

　　data=0xFF;

　　SPILED（data）； //連續發送4個DARK,使顯示好看一些

　　}

　　RA5=1; //最后給一個鎖存信號，代表顯示任務完成

　　}

　　//鍵盤掃描子程序

　　void keyscan（ ）

　　{

　　if（（RB4==0）||（RB5==0）） FLAG1=1 ;//若有鍵按下，則建立標志FLAG1

　　else FLAG1=0 ; //若無鍵按下，則清除標志FLAG1

　　}

　　//鍵服務子程序

　　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; //以上確定是哪個鍵按下

　　PORTB=0X00; //恢復PORTB的值

　　if（data==0x01） {

　　COUNTER=COUNTER+1; //若按下S9鍵，則COUNTER加1

　　if（COUNTER>4） COUNTER=0x01;//若COUNTER超過4,則又從1計起

　　}

　　if（data==0x02） {

　　COUNTER=COUNTER-1; //若按下S11鍵，則COUNTER減1

　　if（COUNTER1） COUNTER=0x04;//若COUNTER小于1,則又循環從4計起

　　}

　　if（data==0x03） FLAG2=1 ; //若按下S10鍵，則建立標志FLAG2

　　if（data==0x04） FLAG2=0 ; //若按下S12鍵，則清除標志FLAG2

　　}

　　//中斷服務程序

　　void interrupt cp1int（void）

　　{

　　CCP1IF=0; //清除中斷標志

　　cp1u.cp1e[0]=CCPR1L;

　　cp1u.cp1e[1]=CCPR1H;

　　cp1z[data]=cp1u.y1; //存儲1次捕捉值

　　CCP1CON=CCP1CON^0X01; //把CCP1模塊改變成捕捉相反的脈沖沿

　　data++;

　　COUNT--;

　　}

　　//周期處理子程序

　　void PERIOD（ ）

　　{

　　T5=cp1z[10]-cp1z[0]; //求得5個周期的值

　　RE5=（double）T5; //強制轉換成雙精度數

　　RE5=RE5/5; //求得平均周期，單位為μs

　　}

　　//頻率處理子程序

　　void FREQUENCY（ ）

　　{

　　PERIOD（ ）； //先求周期

　　RE5=1000000/RE5; //周期值求倒數，再乘以1 000 000,得頻率，

　　//單位為HZ

　　}

　　//脈寬處理子程序

　　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個脈寬的和值

　　RE5=puad5/5; //求得平均脈寬

　　}

　　//占空比處理子程序

　　void OCCUPATIONAL（ ）

　　{

　　PULSE（ ）； //先求脈寬

　　puad5=RE5; //暫存脈寬值

　　PERIOD（）； //再求周期

　　RE5=puad5/RE5; //求得占空比

　　}

　　//主程序

　　main（ ）

　　{

　　SPIINIT（ ）； //SPI方式顯示初始化

　　while（1） {

　　ccpint（）； //CCP模塊工作于捕捉方式初始化

　　initial（）； //系統其它部分初始化

　　if（FLAG2==0） {

　　s[0]=COUNTER; //第一個存儲COUNTER的值

　　s[1]=0X0A;

　　s[2]=0X0A;

　　s[3]=0X0A; //后面的LED將顯示DARK

　　}

　　display（ ）； //調用顯示子程序

　　keyscan（）； //鍵盤掃描

　　data=0x00; //存儲數組指針賦初值

　　TMR1H=0;

　　TMR1L=0; //定時器1清0

　　CCP1IF=0; //清除CCP1的中斷標志，以免中斷一打開就進入

　　//中斷

　　ei（ ）； //中斷允許

　　TMR1ON=1; //定時器1開

　　while（1）{

　　if（COUNT==0）break;

　　} //等待中斷次數結束

　　di（）； //禁止中斷

　　TMR1ON=0; //關閉定時器

　　keyscan（）； //鍵盤掃描

　　if（FLAG1==1） keyserve（） ; //若確實有鍵按下，則調用鍵服務程序

　　if（FLAG2==0） continue; //如果沒有按下確定鍵，則終止此次循環，

　　//繼續進行測量

　　//如果按下了確定鍵，則進行下面的數值轉換和顯示工作

　　if（COUNTER==0x01） FREQUENCY（）； //COUNTER=1,則需要進行頻率處理

　　if（COUNTER==0x02） PERIOD（）； //COUNTER=2,則需要進行周期處理

　　if（COUNTER==0x03） OCCUPATIONAL（）；//COUNTER=3,則需要進行占空比處理

　　if（COUNTER==0x04） PULSE（）； //COUNTER=4,則需要進行脈寬處理

　　k=5;

　　if（RE51）{

　　RE5=RE5*1000; //若RE51,則乘以1 000,保證小數點的精度

　　k=0x00;

　　}

　　else if（RE510）{

　　RE5=RE5*1000; //若RE510,則乘以1 000,保證小數點的精度

　　k=0x00;

　　}

　　else if（RE5100）{

　　RE5=RE5*100; //若RE5100,則乘以100,保證小數點的精度

　　k=0x01;

　　}

　　else if（RE51000）{

　　RE5=RE5*10; //若RE51000,則乘以10,保證小數點的精度

　　k=0x02;

　　}

　　else RE5=RE5 ;

　　uo=（int）RE5;

　　sprintf（s,%4d,uo）； //把需要顯示的數據轉換成4位ASII碼，且放入數

　　//組S中

　　display（）；

　　}

　　}