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標題: 51單片機實現等精度頻率計Proteus仿真程序(半成品)調試幾天沒進展 [打印本頁]

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-10 14:32
標題: 51單片機實現等精度頻率計Proteus仿真程序(半成品)調試幾天沒進展
新人求助，因為近幾天完全沒有進展，所以發帖求助，另一方面，雖然是半成品，但測低頻還是蠻準的（小數點后一位），可以當個參考。出現問題如下：低頻時比較準，高頻時顯示頻率就會不停改變而且誤差較大。
仿真圖如下：

程序如下：
#include<reg52.h>
#include<string.h>
#define u8 unsigned char

sbit Gate_ctl=P1^7;sbit Gate=P3^2;
sbit RW=P2^5;sbit RS=P2^6;sbit EN=P2^7;

u8 ledbuf[8],frequency[9],hand[10]="frequency:";
unsigned long count1,count0,overflow1,overflow0;
double fx,f0;
int i,f;
unsigned long fc,Nx,N0,a;
//*****************************************//
void delay(u8 time);
void lcd_init();
void interrupt_init();
void lcd_write_com(u8 com);
void lcd_write_data(u8 date);
void lcd_send(u8 i,u8 j,u8 date[],u8 all);
void lcd_math();
//*****************************************//
void interrupt_init()
{
      TMOD=0xD9;

      T2CON=0x00;
      PT2=1;
      RCAP2H=0x4c;RCAP2L=0x00;
      TH2=RCAP2H;TL2=RCAP2L;
      TH1=0;TL1=0;
      TH0=0;TL0=0;
      ET1=1;ET0=1;ET2=1;
      TR1=1;TR0=1;TR2=1;
      EA=1;

}
void main()
{
  f0=921600;
  lcd_init();
  lcd_send(1,0,hand,10);
  interrupt_init();
  while(1)
  {
         while(Gate==1);//Gate=0時跳出
         TR2=0;

         TR0=0;TR1=0;
Nx=(overflow1*65536+TL1+TH1*256);
         N0=overflow0*65536+TL0+TH0*256;

fx=(double)((Nx*f0)/N0);
         fc=(unsigned long)(fx*100+0.5);
         lcd_math();
         lcd_send(2,3,frequency,9);

overflow1=0;overflow0=0;
         TH1=0;TL1=0;TH0=0;TL0=0;
         TR2=1;

TR1=1;TR0=1;
while(Gate!=1);//Gate=1時跳出
  }
}

void time0() interrupt 1 //T0
{ overflow0++;}

void time1() interrupt 3 //T1
{  overflow1++;}

void time2() interrupt 5 //T2
{    TF2=0;
   i++;
if(i==20)
{ i=0;
Gate_ctl=!Gate_ctl;
TH2=RCAP2H;TL2=RCAP2L;
}
}

void lcd_write_data(u8 date)//LCD寫數據初始化
{
  RW=0;
  RS=1;
  P0=date;
  delay(100);
  EN=1;
  delay(100);
  EN=0;
}
void lcd_write_com(u8 com)//LCD寫命令初始化
{
  RW=0;
  RS=0;
  P0=com;
  delay(100);
  EN=1;
  delay(100);
  EN=0;
}
void lcd_init()
{
  EN=0;
  lcd_write_com(0x38);//8線，2行，5*7；
  lcd_write_com(0x0c);//屏幕顯示，光標不顯示，光標不閃爍
  lcd_write_com(0x06);//光標右移，屏幕不動
  lcd_write_com(0x01);//清屏
}
void lcd_math()//整數轉換為字符；
{
      u8 n=8;
strcpy(frequency,"0000000.0");

   do{
            if(n==7)
            {
               n--;
               fc=fc*10;
            }
            else
            {
               frequency[n]=fc%10+'0';
               n--;
               }
            }while(fc/=10);
}
void lcd_send(u8 i,u8 j,u8 date[],u8 all)//(行，列，數組，數組內字符個數)數組送入12864
{
  u8 m;
  if(i==1)
  {
lcd_write_com(0x80+j);
  }
  else
  {
lcd_write_com(0x80+0x40+j);
  }
  for(m=0;m<all;m++)
      {
      lcd_write_data(date[m]);
      delay(1);
      }

}
void delay(u8 time)
{
while(time--);
}

Keil代碼與Proteus仿真下載:

測試3.rar (103.81 KB, 下載次數: 13)

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-10 14:35
提醒一下，lcd_send函數注釋有誤，不是12864，是1602，忘改了。

作者: xuyaqi 時間: 2022-4-10 16:43
單片機主頻不夠高。電腦性能不夠好。

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-10 16:55

xuyaqi 發表于 2022-4-10 16:43
單片機主頻不夠高。電腦性能不夠好。

我用的這個單片機頻率為11.0592MHZ，外部電路經過了74LS161進行了10分頻，理論來說可以測到4MHZ，頻率太高時有誤差可以理解，但實際電路測量中，1MHZ就已經出現20~35的誤差了，個人感覺這個是有點大了。所以我覺得應該是代碼寫的沒那么好，中間漏測或者多測了些方波。

作者: lkc8210 時間: 2022-4-11 11:24
基操不應該是用定時器2的捕獲模式來得出脈沖周期時間嗎？

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-11 11:33

lkc8210 發表于 2022-4-11 11:24
基操不應該是用定時器2的捕獲模式來得出脈沖周期時間嗎？

是我拘泥于測頻法了，學到了，這就去試一下

作者: Y_G_G 時間: 2022-4-11 12:11
頻率計這種東西,感覺也沒什么用,不知道要用這玩意來干嘛
單片機推薦用STC8A8K64D,這個時鐘可以到33MHZ
而且可以DMA操作,最大程度提高CPU效率
使用32MHZ有源晶振,提高精度
可以加入SN74LVC1G14之類的觸發器進行整形

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-11 12:37

Y_G_G 發表于 2022-4-11 12:11
頻率計這種東西,感覺也沒什么用,不知道要用這玩意來干嘛
單片機推薦用STC8A8K64D,這個時鐘可以到33MHZ
而 ...

主要是導師讓我搞一下這個，說我基礎不太好，提的要求還比較苛刻，要測5MHZ以上，精度在小數點后，實在沒辦法了，才來求助

作者: lkc8210 時間: 2022-4-11 14:28

起昵稱真難發表于 2022-4-11 11:33
是我拘泥于測頻法了，學到了，這就去試一下

高速脈沖計數，
低速測量脈沖的周期，
兩種結合就是固定采樣時間內計數N個脈沖+脈沖周期，
比如采用一個外部中斷源，
當脈沖下降沿開始計時100毫秒，
計數脈沖的個數N。
100ms時間到，
再計時T到下一個脈沖的下降沿。
那么總的脈沖數N+1個，
總的周期100ms+T.。

那么頻率 =(N+1)/(0.1+T)

作者: 人工置頂員 時間: 2022-4-11 16:00
頂一下

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-11 18:34

lkc8210 發表于 2022-4-11 14:28
高速脈沖計數，
低速測量脈沖的周期，
兩種結合就是固定采樣時間內計數N個脈沖+脈沖周期，

很有參考價值，謝謝大佬。因為我使用的方法是單位時間內測量脈沖個數，在外部電路中使
用D觸發器達到脈沖上升沿時停止計數的作用，并且使用fx=(Nx*f0)/N0進行誤差的矯正。
(fx為待測信號頻率，f0為時鐘頻率即晶振大小，Nx為單位時間內所計待測信號的脈沖，N0為
單位時間內所計時鐘的脈沖個數）
。實際上達到的效果和您所說的差不多。而我目前所遇到的問題是在高頻時誤差較大并且不停
改變顯示值。經過查找資料和向周圍人了解，應該是在晶振不高的情況下，測高頻就會產生誤
差，除了換晶振好像沒什么好辦法，當然也可能是我剛剛接觸單片機，理解的不到位。大佬的
思路很清晰，我會去試試的。

作者: yzwzfyz 時間: 2022-4-12 09:18
低頻：在兩次輸入脈沖之間，數定時器的脈沖個數。
高頻：用定時器給出一個時間間隔，數此間隔中輸入脈沖的個數。

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-13 11:46
尬住，我問了另一個導師這個問題，那個老師說實現這種要求（5MHZ以上且精度為小數點）很難，不知道是這個東西本身就很難實現，還是以我的水平現在很難實現....跟導師說了之后，導師讓我做到20MHZ精度不在要求，現在又有一個問題想請教大佬們，因為我是用的74LS161和74LS01在單片機外部構成的10分頻，按理說，11.0592MHZ的單片機大概可以測到460KHZ左右，外部分頻后應該可以測到4.6MHZ，但實際電路（非仿真）只能測到1MHZ。74系列芯片的最大工作頻率也大概在25MHZ以上應該沒問題，有大佬知道為什么或者你覺得會有那種情況導致這種問題呢？給一點思路也可以

作者: lkc8210 時間: 2022-4-13 11:54
460kHz是如何算出來的？
你知道89C52進出一次中斷要多久？
你知道char類型++一次要多久?

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-13 14:43

lkc8210 發表于 2022-4-13 11:54
460kHz是如何算出來的？
你知道89C52進出一次中斷要多久？
你知道char類型++一次要多久?

因為我單片機是12T的，11.0592MHZ的晶振12分頻后為0.9216MHZ，測一個波形需要兩個機械周期，所以除2得460800HZ。當然這只是理論值，就跟您說的一樣我并沒有求出中斷一次和累加所消耗的時間，之所以確定是在460KHZ左右，是因為之前沒有使用74LS161和74LS01進行外部電路10分頻時，測得的界限大概為460KHZ（超過這個值誤差會變得特別大）。而我想的是，外部10分頻后，進入單片機（能被計算機準確測量的）的最大頻率應該也為460KHZ，那么按理論值來說，就應該是可以測到4.6M。當然這可能是比較不成熟的想法，如有疏漏的地方請指點。

作者: yzwzfyz 時間: 2022-4-13 16:54
13#:
你們老師敷衍你了：
理論上：測量精度取決于你的時基精度（這里是你CPU使用晶振的精度），保守一點，計數時存在+-1的誤差，即測試數量存在+-1的不確定度。這是極限精度了。
實際上：由于軟件的不合理，捕捉不及時，中斷延時等等，不確定度會增加，這就要看你對單片機的認知度了，也考驗你編程的水平。懂匯編的人，會做得更精準。
例如：你用定時器做個2秒的脈沖，再打開一個計數器，CLK從引腳用被測的5MHz信號，用2秒脈沖作CLK的開關，即當脈沖為1時，讓CLK通過，則脈沖過后，理論上計數器應收到10M個脈沖。你說是也不是。

作者: 起昵稱真難 時間: 2022-4-13 17:22

yzwzfyz 發表于 2022-4-13 16:54
13#:
你們老師敷衍你了：
理論上：測量精度取決于你的時基精度（這里是你CPU使用晶振的精度），保守一點 ...

好像確實是這么回事

作者: yzwzfyz 時間: 2022-4-14 08:06
只要你用的時基是晶振，測量頻率，做到6個有效數字的精度是沒有問題的。

作者: aking991 時間: 2022-4-14 08:26
晶振改用有源溫度晶振試試，我也曾經試過，用15W單片機，用有源溫度晶振，用PCA采集頻率，校準后采集1HZ時，可以達到小數點第5位的精度，可惜這樣的精度還達不到我項目0.5PPM的要求，后來就沒再用了

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