基于单片机的脉冲频率的宽范围高精度测量_于忠得

2002年第6期仪表技术

—19—

基于单片机的脉冲频率的宽范围高精度测量

于忠得

(大连轻工业学院信息工程系,大连116034)

　　摘要:介绍一种基于AT89C52单片机高精度测量宽范围脉冲频率的方法,提出了硬件方案和“限时定数”软件算法。

关键词:脉冲频率;软件算法;精确测量

MeasuringFrequencyofPulsewithHighPrecision

inWide-rangeBasedonSCM

YUZhong-de

(Dept.ofInformationEng.,DalianInst.ofLightInd.,Dalian116034,China)

Abstract:BasedontheAT89C52Singlechipcomputer,themethodformeasuringfrequencyofpulsewithhighprecisioninwide-rangeisin-troudced.Thehardwareandsoftwarealgorithm—“exactcountsinlimitedtime”isstated.

Keywords:frequencyofpulse;softwarealgorithm;precisionmeasurement

　　为了满足某些实验室及工业场合宽范围高精度脉

冲频率精确测量的要求,笔者研究了一种基于单片机硬件资源的新的脉冲频率测量算法———限时定数算法。该算法的核心是利用软件将定时记数法与记数查时法揉和在一起,既能在高频段又能在低频段实现脉冲频率的精确测量。1　硬件电路

硬件方案如图1,来自某转速或流量传感器的脉冲信号,经滤波、整形、光电隔离等信号处理后,一方面接到计数器T1的计数输入端,另一方面接到外部中断INT0的输入端。在每个脉冲的下降沿,不但引起T1加一计数,而且引起外部事件中断。这一硬件方案的设计意图是:脉冲引入T1计数端,为定时计数算法提供硬件支持;脉冲引入INT0外部中断输入端,每接到一个脉冲都引起中断,为计数查时算法提供硬件支持

[1]

2　限时定数算法

限时定数算法如图2所示。每到固定的时间T(取T=2秒)后,以下一个脉冲的下降沿为记录时刻,此时计数器刚好记录下这一个脉冲,同时引起INT0中

断。在INT0中断服务程序里,从T1计数器取出计数值K、从定时器中取出T1计数器记录K个脉冲所花费的时间t,从而算出频率f=K/t。

这种算法与定时计数算法相比,它不是在固定的时间T=2秒到后,立刻取出计数器中的计数K,进行K/T计算,而是等下一个脉冲恰好到后,再进行K/t的计算,这就解决了定时计数算法可能有一个脉冲误差的问题。这种算法与计数查时算法相比,它不是记录固定个脉冲K后,就立即进行K/t的计算,而是一定要等t≥T(=2秒)后,再取计数器中确切个脉冲K进行K/t的计算。这就解决了计数查时算法中当频率较高,记录K个脉冲所用时间t太小,造成测量误差增大的问题[2]。

。

图2　算法示意图

3　程序编制

利用图1的硬件方案,十分方便地实现了限时定数算法。以下是利用ASM51汇编语言实现的软件编程。

图1　硬件原理

　　收稿日期:2002-06

,,,　　ATMEL89C52单片机具体的硬件资源分配:以T0

—20—

仪表技术

CLRPOPPOPRETI

EX0ACCPSW

2002年第6期

;关中断,减少无谓的中断操作

作为定时器,工作于方式2,自动重装方式。T0H置初值为6,晶振选12MHz,每0.25毫秒溢出一次,溢出中断。利用两字节内部RAM累积中断次数。每中断200次,所用时间为50毫秒;每中断8000次,所用时间为2

秒。由此可得到确切的时间。T0溢出中断服务程序的主要任务是:累计时间,每当T=2秒时,开放INT0中断,以捕捉下一个脉冲的下降沿。

定时精度:

若以每中断一次所用时间为最小定时间隔,则tmin=0.25毫秒,定时误差≤tmin/T=0.25/2000=0.0125%

若以T0定时器每计一个数所用时间为最小定时间隔,则

tmin=1微秒,定时误差≤tmin/T=0.001/2000=0.00005%

T0中断服务程序:

　　　　　MS50　　EQU　　40H　　;50毫秒累积单元S2T0SER:PUSH

PUSHINCMOVCLRSUBBJCMOVINCMOVCLRSUBBJCMOVCLR

SETB

T0SER1:POP

POPRET1

EQU

PSWACCMS50A,MS50CA,#200T0SER1MS50,#0S2A,S2CA,#40C,T0SER1S2,#0IE0EX0ACCPSW

;开中断,以捕捉下一个脉冲下降沿。41H

;2秒累积单元

INT0中断级别高于T0。4　结论

采用上述方案,频率测量误差主要取决于定时精度,即最小定时间隔tmin(0.25毫秒),即以T0每次溢

出时间为最小定时间隔。测量精度由下式确定:

×100%=0.0125%

2000

下表是一组实测数据,与上式计算结果十分吻合。

输入频率(Hz)实测值(Hz)误　差(Hz)

000

1001000

5005000

100010000

500050000

100009999-1

　　值得一提的是,它所指的误差是在整个测量范围内,任何一点的指示值与实际值之差的百分比。这个精度远远高于传统相对误差所指的精度。一般能够满足各种试验及工程测量精度要求。

当最小时间间隔取1微秒时,所获得的测量精度会更高。这种“限时定数算法”可适用于各种转速、流量等脉冲信号的精确测量。笔者所设计的智能转速测量仪、智能流量测量仪均采用上述方案,取得了很高的测量精度。参考文献:

[1]余永权.ATMEL89系列Flash单片机原理及应用[M].北京:

电子工业出版社,1997.

[2]李华.MCS51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航

空航天大学出版社,1993.

(郁红编发)

INT0中断服务程序的任务是:捕捉到脉冲下降沿

后,将T1中所记录的脉冲数及所花费的时间送主程序计算缓冲区,以便在主程序中计算频率。同时清T1计数器、清中断次数累计单元。INT0中断服务程序:

　　　　　CBUF　　EQU30H　　;主程序用计算缓冲区INT0SER:PUSH

PUSHCLRMOVMOVMOVMOVMOVMOV

MOVMOV

PSWACCTR1CBUF,TH1CBUF+1,TL1TH1,#0TL1,#0CBUF+2,S2CBUF+3,MS50MS50,#0S2,#0

Fluke310系列钳表

福禄克公司日前宣布即将推出新的310系列钳表。这是高品质的经济型钳表,具备行业专家和工程师需要的各种功能。310系列产品由福禄克在中国的

上海世禄仪器有限公司生产。

310系列产品能测试1000A电流(312型仅测试交流;316型和318型测试直流和交流),以及4000欧姆电阻、连续性、750V交流、1000V直流、10kHz频率和峰值。318型可以测试真有效值,并具有最大最小值和平均值功能。该系列还具有自动关机功能以节约电源,延长电池寿命。在屏幕上有电量显示。

福禄克310型不仅具备所需要的精度和各种功能,而且还具有价格竞争力。比如,318的真有效值和。