发布时间 : 星期一 文章单片机课程设计-频率相位表更新完毕开始阅读743de624192e45361066f524
一、 设计原理 （一）测频原理分析
频率测量的常用方式有直接测频法、测周法和等精度测量法。 1.1 直接测频法：
在确定的闸门时间T内，利用计数器对待测信号进行计数，根据所得计数值N，由公式fx?N/T计算出被测脉冲的频率。 1．2 测周法：
以待测信号为门限，已知频率M的高频脉冲为标频，用计数器记录在此门限内标频的脉冲数N，由公式fx?M/N得待测信号频率。
1.3 等精度测频法（相关计数测频法）
此方法和测周法很相似，但其测量时间并不是被测信号的一个周期，而是人为设定的一段时间。闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制，测量精度与被测信号频率无关，因此可以保证在整个测量频段内的测量精度保持不变。
在这里，同时使用两个计数器分别对待测信号fx和频标信号fm在设定的精确门内进行计数，fx的上升沿触发精确门。若两个计数器在精确门内对fx和fm的计数值分别为M和N,则待测信号的频率为：fx?Mfm。 N 方案比较与选择：
（1） 直接测频法电路结构简单，软件易于实现，较适合于高频
信号的测量，但对低频信号的测量的精度很低。 （2） 测周法：当被测信号频率较低时，用此方案可获得较高的
精度，而当被测频率过高时，由于测量时间不够，导致精度较低。
（3） 等精度测量法要求提高较高的时钟频率作为频标信号，对
微处理器的处理速度有较高的要求。
方案选择：由于在本课设中使用的是MCS-51单片机，八位处理器，所测信号频率多在低频可以获得较高的精度，所以，选择方案二：测周法。
具体实现方法是：定时器T0工作在定时模式，选择工作方式1，16位定时器，初值为0，则在单片机时钟频率f=12MHz的前提下，每执行一条机器周期的指令是1us，所以，利用门控位，gate=1时，定时器T0、T1的启动依靠TR0、TR1和外部中断的高电平。当输入在外部中断0的被测脉冲由低电平到高电平时，触发定时器T0,T0开始计数，当被测方波由高电平转到低电平时，触发外部中断0，在外部中断0 服务程序中停止定时器0计数，此时T0的溢出次数为m,保存此时的TH0和TL0；则方波周期为：T?2?(m?65536?TH0?256?TL0)，取其倒数即是被测方波的频率。
（二）、测相原理分析： 2.1 相位-电压转换法
相位-电位转换法的原理就是通过将相位转换为电压量来测量，具体
实现有两种方式：
（1） 鉴相-低通滤波法：待测的两路信号分别经过电压比较器整形为
方波信号，然后送到鉴相器，将相位转换为电压，电压的直流成分反映了两路信号的相位差。然后将输出电压经过低通滤波器取出直流成分，送到A/D转换器进行数据采集，就能计算出两路信号的相位差。
（2） 积分法：将异或鉴相器输出的异或脉冲送到积分器积分，当积
分电压达到设定值时，再通过一个回路放电，并测量充电、放电的时间T1,T2。 2.2 计数法：
计数法的思想是将相位量转换成数字脉冲量，然后对数字脉冲进行测量而得到相位差。
2.3 方案选择：
由于相比于相位-电压转换法，计数法更适合于MCS-51来实现。所以在本设计中采用计数法。
2.4 具体实现方法：将两路同频不同相的方波信号异或后得到的脉冲宽度t与方波信号的周期T的比值，即对应为两信号的相位差，此时相位为
??360??()tT，其中t可通过定时器1和外部中断1的联合使用
来确定。T是所测量出来的周期值。
二、 系统硬件设计原理图： 2.1 altium designer 原理图：
图1
2.2 protues 仿真原理图