STC12C5A60S2的高頻高頻率計的設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 STC12C5A60S2的高頻高頻率計的設(shè)計 在電子技術(shù)領(lǐng)域，頻率是基本的電參數(shù)之一，也是電子測量中基本的測量之一。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，對被測信號頻率測量的精度要求越來越高。傳統(tǒng)的直接測頻法的測量精度隨被測信號頻率的降低而降低；直接測周法的測頻精度隨被測信號頻率的升高而降低，在實際應(yīng)用中存在著較大的局限性；而等精度測頻法不僅具有較高的測頻精度，而且在整個頻率區(qū)域能保持恒定的測頻精度。本文介紹了以STC12C5A60S2單片機為主控芯片的高頻高精度數(shù)字頻率計的設(shè)計方案。 1 等精度測頻基本原理 等精度頻率測量也稱為多周期同步測量，與傳統(tǒng)的頻率測量原理相比，其優(yōu)

2、點是可在整個測頻范圍內(nèi)獲得同樣高的測試精度和分辨率。其測量原理，其工作時間波形圖。其中，fx為輸入信號的頻率，f0為基準信號的頻率。A、B 2個計數(shù)器在同一個閘門時間T內(nèi)分別對fx和f0開展計數(shù)，計數(shù)器A的計數(shù)值Nx=fxT，計數(shù)器B的計數(shù)值N0=f0T。因此，被測信號的頻率fx公式為： 圖1中，D觸發(fā)器的作用是使閘門信號與被測信號同步，實現(xiàn)同步開門，并且開門時間T準確地等于被測信號周期的整數(shù)倍，因此計數(shù)器A的計數(shù)值Nx消除了傳統(tǒng)測頻方法中的1計數(shù)誤差。計數(shù)器B雖然有1計數(shù)誤差，但由于f0很高，N01，因此N0的1計數(shù)誤差的相對值1/N0很小，且該誤差與被測信號的頻率fx無關(guān)，因此在整個測頻范

3、圍內(nèi)，該框圖能實現(xiàn)等精度的頻率測量。 2 系統(tǒng)硬件組成 本系統(tǒng)主要由放大整形電路、信號頻率測量電路和數(shù)碼管顯示電路組成。放大整形電路主要用來對被測信號（三角波、方波、正弦牽扯鋸齒波等）開展峰峰值放大處理，再整形為矩形波，同時去除噪聲干擾。本系統(tǒng)選用32 MHz的石英晶振作為基準信號，從而保證測頻精度。 2.1 STC12C5A60S2單片機 在測高頻信號時，由于普通51單片機在確認負跳變時需要2個機器周期，即24個時鐘周期，因此外部輸入信號的頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的。假設(shè)選用32 MHz的晶振，普通51單片機所測信號的頻率為1.33 MHz，顯然普通51單片機所測信號的上限頻率太小。 針對上述現(xiàn)

4、狀，本系統(tǒng)選用STC12C5A60S2型號的單片機。它是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是一種高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，其指令集完全兼容傳統(tǒng)8051指令集，但速度為8051的812倍，工作電壓為3.35.5 V，工作頻率范圍為035 MHz，相當于普通8051的0420 MHz。 選用STC12C5A60S2單片機還有兩大優(yōu)點： （1）提高測頻精度。普通51單片機的工作頻率為24 MHz，而STC12C5A60S2單片機的工作頻率為35 MHz。工作頻率越高，N0的1計數(shù)誤差的相對值 1/N0越趨于0，從而提高了測頻精度。 （2）頻率分辨率很低。當被測信號

5、的頻率為高頻（fx10 MHz）時，國內(nèi)外現(xiàn)有的研究方案通常是將被測信號分頻后送給單片機計數(shù)測頻。例如，假設(shè)被測信號的頻率為15 MHz，通常都是將被測信號經(jīng)過10分頻以后變?yōu)?.5 MHz，然后送給單片機計數(shù)測頻，這樣頻率分辨率則為10 Hz，導(dǎo)致測量誤差很大。而采用STC12C5A60S2單片機可將15 MHz的被測信號直接送給單片機計數(shù)測頻，使頻率分辨率降為1 Hz，大大減小了測量誤差。 2.2 放大整形電路 本系統(tǒng)設(shè)計的放大整形電路。輸入信號首先經(jīng)高精度大帶寬運算放大器OPA690放大，然后被超快低功耗精細比較器LM361整形，輸出的矩形波信號送入頻率測量電路。 STC12C5A60S

6、2單片機的P1.5口用來預(yù)置閘門脈沖。D觸發(fā)器的輸出端（Q端）輸出同步化的閘門脈沖，此脈沖經(jīng)過與門輸入到P3.2，由單片機的計數(shù)器0（計數(shù)器B）計數(shù)在此脈沖內(nèi)基準時鐘脈沖的個數(shù)N0。 被測信號fx同時輸入到D觸發(fā)器的CP端和與門的輸入端，由與門輸出端輸出到P3.5口。P3.5口的第二功能定義是計數(shù)器1（即計數(shù)器A）外部計數(shù)輸入脈沖的個數(shù)。此時，由計數(shù)器1計數(shù)在同步化的閘門脈沖內(nèi)被測信號脈沖的個數(shù)Nx。 2.3頻率測量電路 本系統(tǒng)設(shè)計的頻率測量電路如圖4所示。 2.4 數(shù)碼管顯示電路 本系統(tǒng)采用8 bit數(shù)碼管動態(tài)顯示電路。該電路不但節(jié)約端口資源，而且由于每個時刻只有一個數(shù)碼管被點亮，因此該顯示

7、電路的功耗很小。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的主程序流程圖。由于本系統(tǒng)采用的處理器是單時鐘/機器周期（1T）的STCRC5A60S2單片機，因此在軟件初始化時需設(shè)置相應(yīng)的存放器，使其工作于真正的1T。 4 測量結(jié)果與誤差分析 4.1 測量結(jié)果 給電路加+5 V電壓，通過NW1640B調(diào)頻、調(diào)幅函數(shù)信號發(fā)生器輸入被測信號。將所測信號頻率與標準輸入信號頻率比較，記錄結(jié)果如下表1所示。 4.2誤差分析 上述測頻方法的測量誤差公式為 4.3 減小誤差的措施 減小誤差的措施主要有： （1）選用頻率較高、穩(wěn)定性較好的晶振。如選用32 MHz的晶振，不僅可以擴大測頻范圍，而且可以提高測頻精度。 （2）適當擴大閘門時間