avr單片機(jī)學(xué)習(xí)第11章實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二

1、基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用第 11 章 綜合實(shí)踐（二）本章的綜合實(shí)踐將綜合前幾章的內(nèi)容，指導(dǎo)讀者完成以下的實(shí)踐：如何實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量和簡(jiǎn)單頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。使用 T/C1 的輸入捕捉功能實(shí)現(xiàn)高精度的頻率周期測(cè)量完成一個(gè)比較完善的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。11.1 頻率測(cè)量和簡(jiǎn)單頻率計(jì)的設(shè)計(jì)11.1.1 頻率測(cè)量原理單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常要對(duì)續(xù)的脈沖波頻率進(jìn)量。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于轉(zhuǎn)速，位移、速度、流量等物理量的測(cè)量，一般也是由傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，采用測(cè)量頻率段實(shí)現(xiàn)。使用單片機(jī)測(cè)量頻率或周期，通常是利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器來(lái)完成的，測(cè)量的基本方法和原理有兩種：測(cè)頻法：在限定的時(shí)間內(nèi)（如 1

2、秒鐘）檢測(cè)脈沖的個(gè)數(shù)。測(cè)：測(cè)試限定的脈沖個(gè)數(shù)之間的時(shí)間。這兩種方法盡管原理是相同的，但在實(shí)際使用時(shí)，需要根據(jù)待測(cè)頻率的范圍、系統(tǒng)的時(shí)鐘周期、計(jì)數(shù)器的長(zhǎng)度、以及所要求的測(cè)量精度等出適合具體要求的測(cè)量方法。在具體頻率的測(cè)量中，需要考慮和注意的進(jìn)行全面和具體的考慮，尋找和設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)。系統(tǒng)的時(shí)鐘。首先測(cè)量頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘本身精度要高，因?yàn)椴还苁窍薅y(cè)量時(shí)間還是測(cè)量限定脈沖個(gè)數(shù)的周期，其基本的時(shí)間基準(zhǔn)是系統(tǒng)本身時(shí)鐘產(chǎn)生的。其次是系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率值，因?yàn)橄到y(tǒng)時(shí)鐘頻率越高，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率測(cè)量的精度也越高。因此使用 AVR 測(cè)量頻率時(shí)，建議使用由外部晶體組成的系統(tǒng)的振蕩電路，不使用其內(nèi)部的 RC 振蕩源，同時(shí)盡

3、量使用頻率比較高的系統(tǒng)時(shí)鐘。所使用定時(shí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)。測(cè)量頻率要使用定時(shí)計(jì)數(shù)器，定時(shí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)越長(zhǎng)，可以產(chǎn)生的限定時(shí)間越長(zhǎng)，或在限定時(shí)間里的脈沖個(gè)數(shù)越多，因此也提高了頻率測(cè)量的精度。所以對(duì)頻率測(cè)量精度有一定要求時(shí)，盡量采用 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器。被測(cè)頻率的范圍。頻率測(cè)量需要根據(jù)被測(cè)頻率的范圍選擇測(cè)量的方式。當(dāng)被測(cè)頻率的范圍比較低時(shí)，最好采用測(cè)周期的方法測(cè)量頻率。而被測(cè)頻率比較高時(shí)，使用測(cè)頻法比較合適。需要注意的是，被測(cè)頻率的最高值一般過(guò)測(cè)頻 MCU 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的 1/2，因?yàn)楫?dāng)被測(cè)頻率高于 MCU 時(shí)鐘 1/2 后，MCU 往往不能正確檢測(cè)被測(cè)脈沖的電平變化了。除了以上三個(gè)外，還要考慮頻率測(cè)

4、量的頻度（每秒內(nèi)測(cè)量的次數(shù)），如何與系統(tǒng)中其它任務(wù)處理之間的協(xié)調(diào)工作等。頻率測(cè)量精度要求高時(shí)，還應(yīng)該考慮其它中斷以及中斷響應(yīng)時(shí)間的影響，甚至需要在中考慮采用多次測(cè)量取平均的算法等。在“AVR-51 多功能實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板”的 K 區(qū)有一個(gè)信號(hào)源。該區(qū)模塊使用一個(gè) 2.048MHz的晶體振蕩器，經(jīng)過(guò) CD4060 的分頻后，提供了占空比為 50%，125Hz128KHz 之間 10 種不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。下面介紹 2 個(gè)基本的頻率測(cè)量實(shí)例，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些不同頻率的信號(hào)進(jìn)量。華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-1第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二11.1.2 測(cè)頻法測(cè)量頻率測(cè)頻法的基本，就是采用在已知限定的

5、時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)輸入的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻率的測(cè)量。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率比較高時(shí)，采用這種方法比較適合，因?yàn)樵谝欢〞r(shí)間內(nèi)，頻率越高，計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)也越多，測(cè)量也越準(zhǔn)確。例 11.1 采用測(cè)頻法的頻率計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1） 硬件電路硬件電路的顯示部分與圖 9-7 相同，PA 口為 8 個(gè) LED 數(shù)碼管的段輸出，PC 口控制 8 個(gè) LED 數(shù)碼管的位掃描。使用 T/C0 對(duì)被測(cè)信號(hào)輸入的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，被測(cè)頻率信號(hào)由 PB0（T0）輸入。2）設(shè)計(jì)首先給出系統(tǒng)程序，然后做必要的說(shuō)明。/*File name Chip type Program typeClock frequency Mem

6、ory mExternal SRAM sizeData Stack size: demo_11_1.c: ATmega16: Application: 4.000000 MHz: Small: 0: 256*/#include flash char led_710=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;flash charition8=0 x7f,0 xbf,0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;char dis_buff8;/ 顯示緩沖區(qū)，存放要顯示的 8 個(gè)字符的段碼值cha

7、rit;bit time_1ms_ok,display_ok=0;char time0_old,time0_new,freq_time;unsignedfreq;void display(void)PORTC = 0 xff;PORTA = led_7dis_buff/ 8 位 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)it;if (it=5) PORTA = PORTA | 0 x80;PORTC =itionit;it = 0;if (+it =8 )/ Timer 2 outp errupt ompareP voiderrupt service routinep_isr(void)華東師范大學(xué) 電子科學(xué)

8、技術(shù)系 馬 潮11-2基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用time0_new = TCNT0; time_1ms_ok = 1; display_ok = display_ok;if (display_ok) display();/1ms 到，當(dāng)前 T/C0 的計(jì)數(shù)值voidfreq_to_disbuff(void)/ 將頻率值轉(zhuǎn)化為 BCD 碼并送入顯示緩沖區(qū)char i,j=7;for (i=0;i=4;i+)dis_buffj-i = freq % 10; freq = freq / 10;dis_buff2 = freq;voidmain(void)char i; DDRA=0 xF

9、F; DDRC=0 xFF;/ T/C0 初始化，外部計(jì)數(shù)方式 TCCR0=0 x06;TCNT0=0 x00; OCR0=0 x00;/ T/C2 初始化 TCCR2=0 x0B; TCNT2=0 x00;OCR2=0 x7C;/ LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)/ 外部 T0 腳下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，普通模式/ 內(nèi)部時(shí)鐘，32 分頻（4M/32=125KHz），CTC 模式/ OCR2 = 0 x7C(124),(124+1)/125=1msTIMSK=0 x80;/ 允許 T/C2 比較匹配中斷for (i=0;i= time0_old) freq = freq + (time0_new - time0_o

10、ld); else freq = freq + (256 - time0_old + time0_new);華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-3第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二time0_old = time0_new; if (+freq_time = 100)freq_time = 0; freq_to_disbuff(); freq = 0;time_1ms_ok = 0;/ 100ms 到，/ 將 100ms 內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)值送顯示;程序中 LED 掃描形式函數(shù) desplay()，以及脈沖計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD 碼并送顯示緩沖區(qū)函數(shù) freq_to_disbuff()比較簡(jiǎn)單，請(qǐng)讀者自己

11、分析。在該程序中，使用了兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器。T/C0 工作在計(jì)數(shù)器方式，對(duì)外部 T0 引腳輸入的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)（下降沿觸發(fā)）。T/C2 工作在 CTC 方式，每隔 1ms 中斷一次，該定時(shí)時(shí)間即作為 LED 的顯示掃描，同時(shí)也是限定時(shí)間的基時(shí)。每一次 T/C2 的中斷中，都首先下 T/C0寄存器 TCNT0 當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，因此前后兩次 TCNT0 的差值(time0_new time0_old)或(256- time0_old + time0_new)就是 1ms 時(shí)間內(nèi) T0 腳輸入的脈沖個(gè)數(shù)。為了提高測(cè)量精度，程序?qū)?100 個(gè) 1ms 的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行了累計(jì)（在變量 freq 中），即已知限定的

12、時(shí)間為 100ms。讀者還應(yīng)該注意頻率的連續(xù)測(cè)量與 LED 掃描、BCD 碼轉(zhuǎn)換之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題。T/C2 中斷間隔為 1ms，因此在 1ms 時(shí)間內(nèi)，程序必須將脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行的累計(jì)、BCD 碼轉(zhuǎn)換和送入顯示緩沖區(qū)，以及 LED 的掃描工作完成掉，否則就會(huì)影響到下一次中斷到來(lái)后的處理。在本實(shí)例的 T/C2 中斷中，使用了 display_ok 標(biāo)志，將 LED 掃描分配在奇數(shù) ms（1、3、 5、7、），而將 1ms 的 TCNT0 差值計(jì)算、累積和轉(zhuǎn)換等處理放在主程序中完成。另外由于計(jì)算量大的 BCD 碼轉(zhuǎn)換是在偶數(shù) ms（100ms）處理，所以程序中 LED 的掃描處理和 BCD 碼轉(zhuǎn)換處理不

13、會(huì)同時(shí)進(jìn)行（不會(huì)在兩次中斷間隔的 1ms 內(nèi)同時(shí)處理 LED 掃描和 BCD 碼轉(zhuǎn)換），這就保證了在下一次中斷到達(dá)時(shí)，前一次的處理已經(jīng)全部完成，使頻率的連續(xù)測(cè)量不受影響。該實(shí)例程序的性能和指標(biāo)為（假定系統(tǒng)時(shí)鐘沒(méi)有誤差 = 4MHz）：頻率測(cè)量絕對(duì)誤差：10Hz。由于限定的時(shí)間為 100ms，而且T/C0 的計(jì)數(shù)值有1的誤差，換算成頻率為10Hz。被測(cè)最高頻率值：255KHz。由于 T/C0 的長(zhǎng)度 8 位，所以在 1ms 中，TO 輸入的脈沖個(gè)數(shù)應(yīng)小于 255 個(gè)，大于 255 后造成 T/C0 的自動(dòng)清另，丟失脈沖個(gè)數(shù)。測(cè)量頻度：10 次/秒。限定的時(shí)間為 100ms，連續(xù)測(cè)量，所以為 10

14、 次/秒。使用資源：兩個(gè)定時(shí)器，一個(gè)中斷。3） 思考與實(shí)踐根據(jù)上面采用測(cè)頻法的思路，如何修改程序提高測(cè)量精度和被測(cè)最高頻率？參考提示如下：延長(zhǎng)限定的時(shí)間，如采用 1s，可提高頻率的測(cè)量精度。但測(cè)量頻度減小，同時(shí)注意變量 freq 應(yīng)定義為長(zhǎng)整型變量。將 T/C0 換成 16 位的 T/C1，可以提高被測(cè)最高頻率值。注意此時(shí) time0_new、 time0_old 應(yīng)定義為整型變量。11.1.3 測(cè)測(cè)量頻率，就是測(cè)量在限定的脈沖個(gè)數(shù)之間的時(shí)間間隔，然后測(cè)的基本算成頻率（需要時(shí)）。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率比較低時(shí)，采用這種方法比較適合，因?yàn)轭l率越低，在限定的脈華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-4

15、基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用沖個(gè)數(shù)之間的時(shí)間間隔也也長(zhǎng)，因此定時(shí)計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)也越多，測(cè)量也越準(zhǔn)確。例 11.2 采用測(cè)1） 硬件電路的頻率計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)硬件電路的顯示部分與圖 9-7 相同，PA 口為 8 個(gè) LED 數(shù)碼管的段輸出，PC 口控制 8 個(gè)LED 數(shù)碼管的位掃描。被測(cè)頻率信號(hào)由 PB0（T0）輸入。2）設(shè)計(jì)首先給出系統(tǒng)程序，然后做必要的說(shuō)明。/*File name Chip type Program typeClock frequency Memory mExternal SRAM sizeData Stack size: demo_11_2.c: ATmega16: Ap

16、plication: 4.000000 MHz: Small: 0: 256*/#include flash char led_710=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;flash charition8=0 x7f,0 xbf,0 xdf,0 xef,0 xf7,0 xfb,0 xfd,0 xfe;char dis_buff8;/ 顯示緩沖區(qū)，存放要顯示的 8 個(gè)字符的段碼值charit;bit freq_ok = 0;char time2_new;unsignedunsigned longfreq;freq

17、_temp;void display(void)PORTC = 0 xff;PORTA = led_7dis_buff/ 8 位 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)it;if (it=5) PORTA = PORTA | 0 x80;PORTC =itionit;it = 0;if (+it =8 )/ T/C0 比較匹配中斷服務(wù)，250 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖中斷一次errupt P voidp_isr(void)time2_new =TCNT2 = 0;TCNT2;TIFR |= 0 x02;freq_temp = freq; freq = 0;freq_ok = 1;/ T/C2 比較匹配中斷服務(wù)，500u

18、s 一次華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-5第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二errupt P voidp_isr(void)freq+; #asm(sei)display();/ 開(kāi)中斷，允許中斷嵌套，T/C0 中斷可打斷該中斷服務(wù)voidfreq_to_disbuff(void)/ 頻率值轉(zhuǎn)化為 BCD 碼送顯示緩沖區(qū)char i,j=7;for (i=0;i=7;i+)dis_buffj-i = freq_temp % 10; freq_temp = freq_temp / 10;voidmain(void)char i; DDRA=0 xFF; DDRC=0 xFF;/ T/C2 初始化

19、 TCCR2=0 x0A; TCNT2=0 x00; OCR2=0 xF9;/ T/C0 初始化 TCCR0=0 x0E; TCNT0=0 x00;OCR0=0 xF9;/ LED 數(shù)碼管/ 內(nèi)部時(shí)鐘，8 分頻（4M/8=500KHz），CTC 模式，/ 基時(shí)為 2us/ OCR2 = 0 xF9(249),(249+1)/500 = 0.5ms/ 外部 T0 腳下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，CTC 模式/ OCR0 = 0 xF9(249),(249 + 1) = 250TIMSK=0 x82;/ 允許 T/C2、T/C0 比較匹配中斷for (i=0;i=7;i+)dis_buffi=0;#asm(se

20、i)/ 開(kāi)放全局中斷while (1)if (freq_ok)freq_temp = freq_temp * 250 + time2_new; freq_temp = 12500000000/freq_temp; freq_to_disbuff();freq_ok = 0;/ 累計(jì) 250 個(gè)脈沖的時(shí)間間隔/ 換算成頻率/ 頻率值送顯示程序中 LED 掃描形式函數(shù) desplay()，以及脈沖計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD 碼并送顯示緩沖區(qū)函華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-6基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用數(shù) freq_to_disbuff()比較簡(jiǎn)單，請(qǐng)讀者自己分析。在該程序中，同樣使

21、用了兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器。T/C2 仍舊工作在 CTC 方式，每隔 500us 中斷一次，該定時(shí)時(shí)間即作為 LED 的顯示掃描，同時(shí)也用于時(shí)間累計(jì)。在每一次 T/C2 的中斷中，將累計(jì)中斷的次數(shù)（在 freq 中），然后馬上開(kāi)放全局中斷（由于在進(jìn)入 T/C0 中斷時(shí)，系統(tǒng)硬件已經(jīng)自動(dòng)關(guān)閉了全局中斷允許），保證系統(tǒng)響應(yīng) T/C0 的中斷。該程序的是 T/C0 的中斷。T/C0 工作在 CTC 方式，它負(fù)責(zé)對(duì)外部 T0 引腳輸入的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)（下降沿觸發(fā)），一旦計(jì)數(shù)值（限定脈沖個(gè)數(shù)）到達(dá) 250 產(chǎn)生中斷。進(jìn)入 T/C0中斷后，立即當(dāng)前 T/C2 寄存器TCNT2 的值（在 time2_new 中），然

22、后清零 TCNT2 和 T/C2的中斷標(biāo)志位，為下一次計(jì)時(shí)做初始化準(zhǔn)備。接下來(lái)同樣需要把 T/C2 產(chǎn)生中斷的次數(shù)累計(jì)值備份到 freq_temp 中，此時(shí)變量 freq_temp 和 time2_new 中的值就是 T0 輸入的 250 個(gè)限定脈沖之間的時(shí)間間隔。當(dāng) T/C0 中斷產(chǎn)生后，系統(tǒng)應(yīng)該立即響應(yīng)，馬上T/C2 的值。由于 T/C2 的計(jì)時(shí)過(guò)程不會(huì)停止，所以拖延 T/CO 中斷的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)影響測(cè)量的精度。因此需要把 T/C2 的中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)成能夠支持中斷嵌套的方式，使系統(tǒng)盡可能的立即響應(yīng) T/C0 中斷。計(jì)算 250 個(gè)限定脈沖之間的時(shí)間間隔是在主程序中完成的。計(jì)算公式為：25

23、0 個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔 = T/C2 中斷次數(shù) * 250 + T/C2 當(dāng)前值（計(jì)時(shí)時(shí)基個(gè)數(shù)）；1 計(jì)時(shí)時(shí)基個(gè)數(shù) = 2us（注：T/C2 計(jì)時(shí)時(shí)基 = 4M/8）。換算成頻率值：1000000/（250 個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔 *2us/250）* 100 = 12500000000/250 個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔，為 Hz。乘上 100 是為了保留 2 位小數(shù)。程序中全部使用了整數(shù)運(yùn)算，它比采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的速度要快的多，同時(shí)也保證了在 T/C0 兩次中斷的間隔中，能全部完成頻率換算、LED 掃描等處理任務(wù)，不造成對(duì)頻率連續(xù)測(cè)量的影響。該實(shí)例程序的性能和指標(biāo)為（假定系統(tǒng)時(shí)鐘沒(méi)有誤差 = 4M

24、Hz）：周期測(cè)量絕對(duì)誤差為(2us/250)。如果不考慮中斷響應(yīng)時(shí)間的影響，由于 T/C2的計(jì)數(shù)值有1 的誤差，所以周期測(cè)量絕對(duì)誤差為(2us/250)。如果考慮中斷響應(yīng)時(shí)間的影響時(shí)，周期測(cè)量絕對(duì)誤差在(25/250)us。被測(cè)最低頻率值為 8Hz?？紤] freq 的長(zhǎng)度為 16 位，最大計(jì)數(shù)值為 65535，所以可以 的 250 個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔最大為 65535*250*2us = 32767500us。那么最長(zhǎng) 1 個(gè)脈沖周期為 32767500us/250 = 131070us，換算成頻率為 1/131070 = 7.63Hz。測(cè)量頻度：與被測(cè)頻率有關(guān)。如被測(cè)頻率為 125Hz，測(cè)

25、量頻度 = 1 次/2 秒；被測(cè)頻率為 250Hz，測(cè)量頻度 = 1 次/秒；被測(cè)頻率為 2K，測(cè)量頻度 = 8 次/秒。使用資源：兩個(gè)定時(shí)器，兩個(gè)中斷，其中一個(gè)支持中斷嵌套。下面進(jìn)一步測(cè)量的精度問(wèn)題，在測(cè)頻法中，由于頻率測(cè)量的絕對(duì)誤差是10Hz，因此被測(cè)頻率越高（僅受系統(tǒng)時(shí)鐘限制），測(cè)量精度也就越好，這一點(diǎn)是明顯的。而在測(cè)周法中，由于其周期測(cè)量絕對(duì)誤差是固定的，因此被測(cè)頻率越低，精度越好。這一特點(diǎn)不容易直接看出，以測(cè)量 1K 頻率和 4K 頻率為例，分別計(jì)算出它們的精度結(jié)果，并進(jìn)行比較。首先取測(cè)的周期測(cè)量絕對(duì)誤差為(2us/250)，即0.008us。對(duì)于 1K 頻率，其標(biāo)準(zhǔn)周期為 1000

26、us。考慮測(cè)量誤差：1000.008us999.992us，對(duì)應(yīng)頻率為：999.992Hz 1000.008Hz，有效位數(shù)為 6 位。而對(duì)于 4K 頻率，其標(biāo)準(zhǔn)周期為 250us?？紤]測(cè)量誤差：250.008us249.992us，對(duì)應(yīng)頻率為：3999.872Hz4000.128Hz，此時(shí)有效位數(shù)降為 5 位了?？梢?jiàn)，當(dāng)被測(cè)頻率越高時(shí)，有效位數(shù)越少，測(cè)量的精度也越差了。11.1.4 頻率測(cè)量小結(jié)以上介紹了兩種頻率的測(cè)量方法，通過(guò)分析知道，頻率的測(cè)量還是比較復(fù)雜的。華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-7第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二如果設(shè)計(jì)制作一個(gè)頻率計(jì)，要能滿足在被測(cè)頻率范圍比較寬，變化大時(shí)使

27、用的話，單一的使用某一種測(cè)量方法都是不能達(dá)到需要的。所以，一個(gè)完善的頻率計(jì)，要設(shè)計(jì)一個(gè)智能的測(cè)量過(guò)程，即其系統(tǒng)程序能夠根據(jù)每次的測(cè)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換使用正確的測(cè)量方法，以及能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)限定的時(shí)間（測(cè)頻法），或調(diào)節(jié)限定脈沖數(shù)（測(cè)），或調(diào)整計(jì)時(shí)的時(shí)間基時(shí)等。這樣經(jīng)過(guò)幾次自動(dòng)的調(diào)整后，系統(tǒng)測(cè)出的頻率達(dá)到最高的測(cè)量精度。此外，上面的頻率測(cè)量方法都必須占用 MCU 的 2 個(gè)硬件資源，這也是一般單片機(jī)測(cè)頻所采用的方法（或采用 1 個(gè)T/C 加 1 個(gè)外部中斷，同樣占用 2 個(gè)硬件資源）。AVR 單片機(jī)的 T/C1增加了捕捉功能，利用該功能進(jìn)行頻率的測(cè)量時(shí)，不但只需要使用 1 個(gè)硬件資源 T/C1 就能完成

28、周期的測(cè)量，而且還能獲得更好的測(cè)量的精度。11.2 基于T/C1 捕捉功能實(shí)現(xiàn)高精度的周期測(cè)量在第8章第4節(jié)中介紹了AVR定時(shí)計(jì)數(shù)器的一個(gè)非常有特點(diǎn)的功能T/C1的輸入捕捉功能。該功能可以應(yīng)用于精確捕捉一個(gè)外部事件的發(fā)生，事件發(fā)生的時(shí)間印記（Time-stamp）。當(dāng)一個(gè)輸入捕捉事件發(fā)生，如外部引腳ICP1上的邏輯電平變化時(shí)，T/C1計(jì)數(shù)器TCNT1中的計(jì)數(shù)值被實(shí)時(shí)的寫入到輸入捕捉寄存器ICR1中，并置位輸入捕獲標(biāo)志位ICF1，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)。因此，利用輸入捕捉功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周期的精確測(cè)量。采用輸入捕捉功能進(jìn)行精確周期測(cè)量的基本原理比較簡(jiǎn)單，實(shí)際上就是將被測(cè)信號(hào)作為ICP1 的輸入，被測(cè)信號(hào)的上

29、升（下降）沿作為輸入捕捉的觸發(fā)信號(hào)。T/C1 工作在常規(guī)計(jì)數(shù)器方式，對(duì)設(shè)定的已知系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在計(jì)數(shù)器正常工作過(guò)程中，一旦 ICP1 上的輸入信號(hào)由低變高（假定上升沿觸發(fā)輸入捕捉事件）時(shí)，TCNT1 的計(jì)數(shù)值被同步到了寄存器 ICR1 中。換句話將，當(dāng)每一次 ICP1 輸入信號(hào)由低變高時(shí)，TCNT1 的計(jì)數(shù)值都會(huì)再次同步到 ICR1 中。如果的將兩次連續(xù)的 ICR1 中數(shù)據(jù)下來(lái)，那么 2 次ICR1 的差值乘上已知的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期就是輸入信號(hào)一個(gè)周期的時(shí)間。由于在整個(gè)過(guò)程中，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作沒(méi)有受到任何影響，捕捉事件發(fā)生的時(shí)間印記也是由硬件自動(dòng)同步所得到的周期值是非常精確的。到

30、ICR1 中的，因此下面，把“AVR-51 多功能實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板”K 區(qū)提供有占空比為 50%、125Hz128KHz之間 10 種不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為被測(cè)信號(hào)源，給出僅采用一個(gè) T/C1，配合輸入捕捉功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高精度的周期（頻率）測(cè)試計(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。例 11.3 基于 T/C1 捕捉功能的可變量程頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1） 硬件電路圖 11-1 基于 T/C1 捕捉功能的可變量程頻率計(jì)電路圖本例的硬件電路如圖 11-1 所示，PA 口為 6 個(gè) LED 數(shù)碼管的段輸出，PC 口是 6 個(gè) LED數(shù)碼管的位掃描控制口。6 位 LED頻率計(jì)的結(jié)果顯示。被測(cè)脈沖信號(hào)由 ICP1（PD6）輸華

31、東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-8基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用入。需要注意的是，為了提高測(cè)量的精度，系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)該采用外部晶體，同時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率原則上越高越好。本例中采用外部 4M 晶體，因此系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 4M，周期為 0.25us（圖中未畫出外部晶體部分的電路和 8 個(gè)段限流電阻）。2）設(shè)計(jì)盡管采用輸入捕捉功能進(jìn)行精確周期測(cè)量的基本原理比較簡(jiǎn)單，但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻不是那么簡(jiǎn)單的。因?yàn)橄到y(tǒng)中需要 LED 掃描顯示，頻率值的換算也需要大量的計(jì)算，而且在系統(tǒng)的運(yùn)行的過(guò)程中，還必須確保 T/C1 每次捕捉中斷產(chǎn)生后馬上把寄存器 ICR1 中的時(shí)間印記讀出，以及 T/C1 計(jì)數(shù)過(guò)程是

32、否溢出等等。另外由于被測(cè)信號(hào)的頻率范圍在 125Hz 到 128KHz之間，差128000/125 = 1024 倍，所以還要考慮使用量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。下面首先給出系統(tǒng)程序，然后做必要的說(shuō)明。/*File name Chip type Program typeClock frequency Memory mExternal SRAM sizeData Stack size: demo_11_3.c: ATmega16: Application: 4.000000 MHz: Small: 0: 256*/#include sfrw ICR1=0 x26;/ 補(bǔ)充定義 16 位寄存器 ICR1 地址

33、為 0 x26(mega16.h 中未定義)flash char led_711=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F,0 x00;flash charition6=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;char dis_buff6;/ 顯示緩沖區(qū)，存放要顯示的 6 個(gè)字符的段碼值unsignedicp_v1,icp_v2;char icp_n,max_icp;bit icp_ok,time_4ms_ok,f_2_d,begin_m,full_ok;void display(vo

34、id)/ 6 位 LED 數(shù)管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)sic charit;PORTC = 0 xff;PORTA = led_7dis_buffit;PORTC =itionit;it = 0;if (+it = 6)/ Timer 2 比較匹配中斷服務(wù)，4ms 定時(shí)errupt P voidp_isr(void)#asm(sei)display();/ 開(kāi)放全局中斷,允許中斷嵌套華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-9第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二time_4ms_ok = 1;/ Timer 1 溢出中斷服務(wù)errupt TIM1_OVF void timer1_ovf_isr(void)full_o

35、k = 1;/ Timer 1 輸入捕捉中斷服務(wù)errupt TIM1_CAPT void timer1_capt_isr(void)if (icp_n = max_icp)icp_v2 = ICR1; TIMSK = 0 x80;icp_ok = 1;else if (icp_n = 0)icp_v1 = ICR1;icp_n+;/ 第 N 個(gè)上升沿到/第 N 個(gè)上升沿時(shí)間T/CI 輸入捕捉和溢出中斷/第 1 個(gè)上升沿時(shí)間void f_to_disbuf(long v)char i;for (i=0;i0;i-)if (dis_buffi =/ 頻率值送顯示緩沖區(qū)函數(shù)/ 轉(zhuǎn)換成 6 位BCD

36、 碼送顯示緩沖區(qū)/零不顯示0)dis_buffi = 10;elsebreak;void main(void)華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-10基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用unsignedlong fv;icp_1,icp_2;DDRA=0 xFF; PORTC=0 xFF; DDRC=0 x3F;PORTD=0 x40;/ LED 段碼輸出/ LED 位控輸出/ PD6(icp)輸入方式，上拉有效/ T/C2 初始化 TCCR2=0 x0C;OCR2=0 xf9;/7c;/ T/C1 初始化 TCCR1B = 0 x41; TIMSK = 0 xA4;/ 內(nèi)部時(shí)鐘，64

37、 分頻（4M/64=62.5KHz），CTC 模式/ OCR2 = 0 xf9(249),(249+1)/62.5=4ms/ T/C1 正常計(jì)數(shù)方式，上升沿觸發(fā)輸入捕捉，4M/1 計(jì)數(shù)時(shí)鐘/ 允許 T/C2 比較匹配中斷，允許 T/C1 輸入捕捉、溢出中斷icp_n = 0;max_icp =1; #asm(sei)/ 開(kāi)放全局中斷while (1)if (icp_ok = 1)/ 完成一次測(cè)量if (icp_v2 = icp_v1)icp_2 = icp_v2 - icp_v1;else/ 計(jì)算 N 個(gè)上升沿的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，icp_2 = 65536 - icp_v1 + icp_v2;if

38、 (!(icp_v2 = icp_v1 & full_ok) / 有溢出，數(shù)據(jù)無(wú)效if (icp_2 = icp_1)/ 兩次個(gè)數(shù)相等，測(cè)量有效fv = 4000000 * (long)max_icp / icp_2;/ 換算成頻率值f_2_d = 1;/ 允許新頻率送顯示if (fv 4000)max_icp = 64;elsemax_icp = 1;/ 如果頻率大于 4Khz，N=64/ N=1Elsemax_icp = 1;icp_1 = icp_2;/ 有溢出，N=1華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-11第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二icp_ok = 0;begin_m = 1;if

39、 (time_4ms_ok)if (f_2_d)f_to_disbuf(fv); f_2_d = 0;else if (begin_m)icp_n = 0;full_ok = 0;/ 新頻率送顯示/ 開(kāi)始新的一次測(cè)量，/ 清除溢出標(biāo)志TIFR = 0 x24; TIMSK = 0 xa4;begin_m = 0;/ 清除可能存在的輸入捕捉、溢出中斷標(biāo)志位/ 開(kāi)啟 T/C1 輸入捕捉、溢出中斷允許time_4ms_ok = 0;程序中 LED 動(dòng)態(tài)掃描函數(shù) desplay()，以及頻率值轉(zhuǎn)換成 BCD 碼后送顯示緩沖區(qū)函數(shù)f_to_disbuf()已經(jīng)面多次出現(xiàn)了，請(qǐng)讀者自己分析。在該程序中，使

40、用了兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器。T/C2 工作在 CTC 方式，每隔 4ms 定時(shí)中斷一次，定時(shí)服務(wù)中執(zhí)行 LED 顯示掃描。掃描定時(shí)時(shí)間的設(shè)計(jì)考慮了 2 個(gè)方面，設(shè)置 4ms 為L(zhǎng)ED 顯示掃描間隔，即能達(dá)到每秒 40 次的掃描頻率，也盡量減少了 T/C2 中斷對(duì) T/C1 中斷及時(shí)響應(yīng)的影響。同時(shí)為了確保不影響 T/C1 的工作，在 T/C2 的中斷服務(wù)中還必須再次開(kāi)放全局中斷，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套，使得 T/C1 的中斷的得到響應(yīng)。本例中僅使用了一個(gè) 16 位的 T/C1 進(jìn)行周期的測(cè)量。T/C1 工作在計(jì)數(shù)器方式，對(duì) 4M 系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此每 1 個(gè)數(shù)的時(shí)間為 0.25us。T/C1 設(shè)置為引腳 I

41、CP1 的上升沿為外部事件的觸發(fā)。一旦 ICP1 上出現(xiàn)上跳變，T/C1 的硬件將自動(dòng)同步的把當(dāng)前 TCNT1 的值到ICR1中，并申請(qǐng)捕捉中斷。在 T/C1 捕捉中斷服務(wù)程序中下兩個(gè) ICR1 的值：一個(gè)為第 0 次觸發(fā)時(shí)的 T/C1 值，另一次為第 1(N)次觸發(fā)時(shí) T/C1 值。當(dāng)?shù)?2 個(gè)值也下來(lái)后，隨即關(guān)閉T/C1 所有的中斷，將 2 個(gè)的數(shù)據(jù)交給主程序進(jìn)行有效性的判斷和周期頻率的換算。程序中還使用了 T/C1 的溢出中斷，該中斷主要用于判斷第二次 ICR1 的值是否比第一次 ICR1的值超出了 65536 個(gè)，如果超出，則需要調(diào)整量程。T/C1 的兩個(gè)中斷服務(wù)都是非常重要的（等級(jí)相

42、同），任何一個(gè)一旦發(fā)生，都應(yīng)該立即響應(yīng)，不能延誤。在實(shí)際情況中這點(diǎn)是不容易做到的，但應(yīng)盡量精心設(shè)計(jì)，盡量做到?jīng)]有延誤，或減少延誤。另外，這兩個(gè)中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間也必須越短越好。在系統(tǒng)主程序中，對(duì)每一組的兩個(gè) ICR1 值進(jìn)行判斷，將其相減，得到差值，然后判斷其是否溢出。這里的溢出不是單指 TCNT1 的值從 65535 變到 0 的溢出，其條件應(yīng)是當(dāng)?shù)?2個(gè) ICR1 值大于第 1 個(gè) ICR1 的值，且 TCNT1 的值出現(xiàn)過(guò)從 65536 變到 0 的現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)了這種情況，說(shuō)明兩次 ICR1 的差值超出了 16 位 65536 的長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)無(wú)效，需要改變量程了。華東師范大學(xué) 電子科

43、學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-12基于 AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用另外，在程序中還采取了連續(xù) 2 次有效的差值相等才作為一次真正有效的周期測(cè)量的限定，更有效的把受到各種干擾以及由于中斷響應(yīng)不及時(shí)造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)剔除掉了。另外在系統(tǒng)主程序中，把頻率值送顯示緩沖區(qū)的調(diào)用放置在剛剛掃描過(guò)一位 LED 數(shù)碼管后執(zhí)行，這是由于頻率值送入顯示緩沖區(qū)的工作需要比較長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間，更重要的是要改變顯示緩沖區(qū)的數(shù)值。而在這個(gè)期間，f_to_disbuf()函數(shù)一旦被 LED 掃描中斷打斷的話，就會(huì)造成個(gè)別數(shù)字顯示的不穩(wěn)定以及跳動(dòng)的現(xiàn)象?？紤]到 LED 掃描的間隔時(shí)間有 4ms，所以把頻率值送入顯示緩沖區(qū)的工作放置在剛

44、剛掃描過(guò)一位 LED 數(shù)碼管后立即執(zhí)行，就能充分利用 4ms 的間隔，可以使整個(gè)函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程不會(huì)被中斷打斷了（4M 系統(tǒng)時(shí)鐘條件下，4ms 可以執(zhí)行約 16000 條指令！）。同時(shí)，在主程序的處理中，只有在一次周期測(cè)量過(guò)程的數(shù)據(jù)全部處理完成，并將新的轉(zhuǎn)換頻率值送顯后，才重新開(kāi)啟 T/C1 的中斷，開(kāi)始新的一次周期測(cè)量。這就使周期測(cè)量和數(shù)據(jù)處理是完全分開(kāi)（分時(shí)）進(jìn)行的，兩者之間沒(méi)有相互的干擾，不會(huì)形成這邊數(shù)據(jù)還沒(méi)處理完，那邊又來(lái)了新的測(cè)量數(shù)據(jù)所造成的數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。在本例中，周期的測(cè)量采用了比較簡(jiǎn)單的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式。量程的確定受到 T/C1 的長(zhǎng)度和計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖頻率和被測(cè)頻率的制約。對(duì)于 1

45、25Hz 到 4K 的頻率測(cè)量，采用的是間隔為 1（N = 1）的兩個(gè)相鄰上升沿之間的時(shí)間差，也就測(cè)量被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期的時(shí)間。對(duì)于 4M 的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，1/125 的時(shí)間內(nèi)可以的脈沖個(gè)數(shù)為 32000 個(gè)，而 1/4000 的時(shí)間內(nèi)可以的脈沖個(gè)數(shù)為 1000 個(gè)，均不超出 65536，T/C1 的長(zhǎng)度。對(duì)于 4KHz 到 128K 的頻率測(cè)量，采用的是間隔為連續(xù) 64（N = 64）個(gè)上升沿之間的時(shí)間差，也就測(cè)量被測(cè)信號(hào) 64 個(gè)周期的時(shí)間。對(duì)于 4M 的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，64/4000 的時(shí)間內(nèi)可以的脈沖個(gè)數(shù)為 64000個(gè)，而 64/128000 的時(shí)間內(nèi)可以的脈沖個(gè)數(shù)為 2000 個(gè)，都不超出 6

46、5536，T/C1 的長(zhǎng)度。因此，當(dāng)測(cè)量信號(hào)的頻率值大于 4K 時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成 N=64 的量程，而一旦頻率小于 4K，或出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)溢出情況時(shí)，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換成 N=1。下面對(duì)該實(shí)例程序的周期測(cè)量性能和指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估（假定系統(tǒng)時(shí)鐘沒(méi)有誤差 = 4MHz）：周期測(cè)量絕對(duì)誤差：(0.25us)/(0.25us/64)。需要注意的是，為了能簡(jiǎn)潔的說(shuō)明主要的設(shè)計(jì)，本例程做了簡(jiǎn)化，采用整形數(shù)計(jì)算處理，所以頻率值僅顯示到個(gè)位的Hz，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值已經(jīng)丟卻了，真正的精度沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。下面128K 頻率為例，分別計(jì)算出它們的精度結(jié)果，并進(jìn)行比較。以測(cè)量 125Hz 頻率和對(duì)于 125Hz 頻率，其標(biāo)準(zhǔn)周期為 8

47、000us，測(cè)量絕對(duì)誤差為0.25us，那么測(cè)量誤差： 8000.25us7999.75us，對(duì)應(yīng)頻率為：124.9961Hz125.0039Hz，有效位數(shù)為 5 位。而對(duì)于128K 頻率，其標(biāo)準(zhǔn)周期為 7.8125us，測(cè)量絕對(duì)誤差為0.25us/64，那么測(cè)量誤差為：7.81640625us7.80859375us，對(duì)應(yīng)頻率為：127936.0Hz128064.0Hz，有效位數(shù)為 4 位?？梢?jiàn)，當(dāng)被測(cè)頻率越高時(shí)，有效位數(shù)越少，測(cè)量的精度也越差了。讀者也許會(huì)有疑問(wèn)，這個(gè)例子好像沒(méi)有上面的例子精度高。其實(shí)，在例程 11-2 中的評(píng)估條件是在不考慮中斷影響下進(jìn)行的，而在本例中，中斷處理是不影響精

48、度的。另外在上面的例子中是測(cè)量 250 個(gè)脈沖的周期，而在本例中只是 1 個(gè)和 64 個(gè)。被測(cè)最低頻率值：62.5KHz。由于 T/C1 的長(zhǎng)度 16 位，1/62.5 時(shí)間內(nèi)可以的個(gè)數(shù)為 64000 個(gè)。當(dāng)頻率值再低的話，一個(gè)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值將超出 65536，造成溢出。被測(cè)最高頻率值：128KHz?？赡苡械淖x者認(rèn)為只要增加 N 的值，就能提高測(cè)量頻率的上限，這只是在一定條件下才可以這樣考慮的。實(shí)際上被測(cè)頻率的上限是由 T/C1 捕捉中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間限定的，因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)每一個(gè)脈沖的上升沿時(shí)都要進(jìn)入中斷處理程序的，而中斷處理的時(shí)間必須在下一個(gè)上升沿到來(lái)前完成，否則將會(huì)丟失掉一次中斷，造成數(shù)

49、據(jù)確。在 4M 時(shí)鐘系統(tǒng)下，128K 的被測(cè)信號(hào)每隔 7.8125us 就產(chǎn)生一次中斷，而在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，MCU 最多可以執(zhí)行 31.25 條指令！考慮到 T/C1 的中斷服務(wù)還有嵌在 T/C2 的LED 定時(shí)掃描中斷中執(zhí)行的情況，所以每次 T/C1 的中斷服務(wù)程序執(zhí)行的指令應(yīng)該小于 25 條指令！華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-13第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二從這點(diǎn)可以看出，在本例中，最關(guān)鍵的一環(huán)是中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)和編寫。在真正產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，這樣的中斷服務(wù)程序建議最好采用匯編編寫，當(dāng)然這就要求程序員具備更高的水平了。測(cè)量頻度：40 次/秒。T/C1 計(jì)滿一次需要 65535 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘

50、，約 65535 * 0.25us =16.34ms，附加上 2 次 LED 定時(shí)時(shí)間間隔 8ms 的計(jì)算處理時(shí)間，一次測(cè)量完成時(shí)間約為 25ms，所以測(cè)量頻度為 40 次/秒。使用資源：一個(gè) 16 位定時(shí)器，兩個(gè)中斷（T/C2 中斷對(duì)測(cè)周期沒(méi)有貢獻(xiàn)）。3） 思考與實(shí)踐根據(jù)上面采用測(cè)頻法的思路，在 MCU 的設(shè)置選擇和上限值？方面如何能提高被測(cè)頻率的參考上面測(cè)頻法的思路，在方面如何能降低被測(cè)頻率的下限值？（參考提示：T/C1 溢出中斷中溢出的次數(shù)）參考上面測(cè)頻法的思路，在的值，T/C1 溢出中斷中方面如何能提高測(cè)量精度？（參考提示：增加 N溢出的次數(shù)）如果程序在一次測(cè)量中，得到的兩次 ICR1

51、 的有效差值為 234，那么此時(shí)的測(cè)量的有效位數(shù)是多少？相對(duì)精度為多少？為什么？11.3 帶校時(shí)和音樂(lè)報(bào)時(shí)功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)面的章節(jié)中分別介紹了 I/O 口輸入/出的應(yīng)用、中斷的應(yīng)用、T/C 的應(yīng)用，以及基于狀態(tài)機(jī)的系統(tǒng)分析和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方法等。在本節(jié)里，將給出一個(gè)功能比較完整的“帶校時(shí)和音樂(lè)報(bào)時(shí)功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘”系統(tǒng)，作為上面各種基本應(yīng)用的綜合設(shè)計(jì)示例。例 11.4 帶校時(shí)和音樂(lè)報(bào)時(shí)功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1） 硬件電路硬件電路如圖 11-2 所示，PA 口為 LED 數(shù)碼管的 8 段碼輸出，PC0-PC5 共 6 個(gè) I/O 口，作為控制時(shí)間顯示的 6 個(gè) LED 數(shù)碼管的位掃描線。P

52、C6、PC7 分別接連接兩個(gè)按鍵，用于設(shè)置時(shí)鐘的工作狀態(tài)和校時(shí)時(shí)間的設(shè)置。圖中音樂(lè)報(bào)時(shí)電路部分（未畫出）與第 8 章中的圖8-20 相同，由端口 PD5 輸出產(chǎn)生音樂(lè)的脈沖信號(hào)，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。圖 11-2 帶校時(shí)功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路圖定義兩個(gè)按鍵的功能為：K1 用于設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)鐘工作狀態(tài)，K2 用于設(shè)置校時(shí)時(shí)間（加 1操作）。時(shí)鐘工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 11-3 所示，具體每個(gè)狀態(tài)的定義和功能如下：平時(shí)時(shí)鐘工作在時(shí)鐘顯示狀態(tài)，每按一下 K1 鍵，時(shí)鐘依次進(jìn)入校時(shí)時(shí)間的設(shè)置狀態(tài)。時(shí)“時(shí)鐘顯示”進(jìn)入“秒低位設(shè)置”時(shí)，校時(shí)時(shí)間的初始值為轉(zhuǎn)換時(shí)刻的時(shí)鐘華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-14基于

53、AVR 的單片系統(tǒng)原理與實(shí)踐應(yīng)用值。時(shí)“時(shí)設(shè)置”回到（K1 作用下）“時(shí)鐘顯示”時(shí)，時(shí)鐘時(shí)間由校時(shí)時(shí)間代替，確認(rèn)完成校時(shí)的設(shè)置。當(dāng)時(shí)鐘處在時(shí)間設(shè)置的 6 個(gè)狀態(tài)時(shí)，每按一次 K2 鍵，相應(yīng)的位上的數(shù)值加 1，并且要能根據(jù)具體所在的位置自動(dòng)做相應(yīng)的調(diào)整。如秒的數(shù)字只能在 0-5 之間，而時(shí)的數(shù)值要限制在 0、1、2（時(shí)個(gè)位數(shù)小于 3 時(shí)），或時(shí)的數(shù)值要限制在 0、1（時(shí)個(gè)位數(shù)大于 3 時(shí)）。當(dāng)時(shí)鐘處在時(shí)間設(shè)置的 6 個(gè)狀態(tài)時(shí)，在 20 秒內(nèi)無(wú)任何鍵按下，系統(tǒng)自動(dòng)返回“時(shí)間顯示”狀態(tài)，設(shè)置的時(shí)間無(wú)效，不改變?cè)瓡r(shí)鐘的計(jì)時(shí)時(shí)間。在效時(shí)時(shí)間設(shè)置的操作過(guò)程中，時(shí)鐘不停止其前時(shí)間的計(jì)時(shí)過(guò)程，除非當(dāng)時(shí)時(shí)設(shè)置”

54、回到（K1 作用下）“時(shí)鐘顯示”時(shí)，時(shí)鐘的計(jì)時(shí)時(shí)間由確認(rèn)的校時(shí)時(shí)間代替而改變。時(shí)鐘顯示亮度均勻、無(wú)閃爍。當(dāng)設(shè)置相應(yīng)時(shí)間位時(shí)，該位應(yīng)閃爍提示。K1K1K1K1K1K1超時(shí)K1圖 11-3 時(shí)鐘工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2）設(shè)計(jì)本示例的程序是幾章所給例子的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，代碼中也給出了相應(yīng)的解釋，因此本節(jié)中不再做的說(shuō)明，留給讀者去自行分析。希望能在真正掌握了前幾章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，慢慢的去品味和體會(huì)，掌握如何更好的綜合使用 AVR 硬件的功能，以及程序設(shè)計(jì)的方法與技巧。/*File name Chip type Program typeClock frequency Memory mExternal SRA

55、M sizeData Stack size: demo_11_4.c: ATmega16: Application: 1.000000 MHz: Small: 0: 256*/#include flash char led_710=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;flash charition6=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf;flassignedt9 = 0,956,865,759,716,638,568,506,470;華東師范大學(xué) 電子科學(xué)技術(shù)系 馬 潮11-1

56、5時(shí)高位設(shè)置時(shí)低位設(shè)置分高位設(shè)置分低位設(shè)置秒高位設(shè)置秒低位設(shè)置時(shí)鐘顯示第 11 章 實(shí)戰(zhàn)練習(xí)二flassigned char d9 = 0,105,116,132,140,157,176,198,209;#define Max_note32flassigned char musicMax_note =5,2,8,2,5,2,4,2,3,2,2,2,1,4,1,2,1,2,2,2,3,2,3,2,1,2,3,2,4,2,5,8;unsigned char note_n;unsignedbit play_on;_n;char time3,time_set3; char dis_buff6;char time_counter,key_stime_counter;/ 時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)和設(shè)置單元/ 顯示緩沖區(qū)，存放要顯示的 6 個(gè)字符的段碼值/ 時(shí)間計(jì)數(shù)單元，char clock_se = 6,return_time;bit po_on,set_on,time_1s_ok,key_stime_ok;void display(void)/ 6 位 LED 數(shù)管動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)sic charit=0;PORTC = 0 xff;PORTA = led_7dis_buffit;if (set_on &