一种数字频率计制造技术

本发明专利技术公开了一种数字频率计，其由信号源、单片机、驱动电路和显示器组成，所述信号源与所述单片机相连，所述单片机经所述驱动电路与所述显示器相连。测量时将信号源连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。将量程自动转换，多次连续测量，数据有效性验证等控制技术加入到测量方法当中去，进一步提升了系统性能。该测量方法具有占用系统资源少、频率范围广、测量精度高，抗干扰能力强等优点。

A digital frequency meter

The invention discloses a digital frequency meter, which is composed of a signal source, a single-chip microcomputer, a driving circuit and a display. The signal source is connected with the microcontroller, and the microcontroller is connected with the display through the driving circuit. When measuring, the signal source is connected to the AVR microcontroller to capture the input pin. When the capture event occurs, the hardware automatically records the time stamp of the event, and then converts it to the frequency to complete the measurement. The control techniques such as automatic range conversion, multiple continuous measurement, data validation and other control techniques are added to the measurement method, and the system performance is further improved. The measurement method has the advantages of less resource, wide frequency range, high measurement precision and strong anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种数字频率计
本专利技术涉及频率测量和单片机控制技术，特别涉及一种数字频率计。
技术介绍
单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量。实际应用中，对于转速、位移、速度、流量等物理量的测量，一般也是先由传感器转换成脉冲电信号，然后采用测量频率的方法来实现。使用单片机测量频率或周期，通常是利用单片机的定时/计数器来完成的，测量的基本方法和原理有以下两种，一是测频法：在限定的时间内（如1s）检测脉冲的个数；一是测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间。这两种方法尽管原理相同，但在实际使用时，需要根据待测频率的范围、系统的时钟周期、计数器的长度，以及所要求的测量精度等因素进行全面、具体地考虑，寻找和设计出适合具体要求的测量方法。设计制作一个频率计，要能满足在被测频率输入范围较宽、变化较大的情况下使用，那么单一地使用某一种测量方法都是不能达到要求的。此外上述的测量频率方法都必须占用MCU的2个硬件资源，这也是一般单片机测频所采用的方法。AVR单片机的T/C1增加了捕捉功能，利用该功能进行频率测量时，不但只需要使用1个硬件资源（T/C1）就能完成周期的测量，而且还能获得更好的测量精度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种基于AVR单片机T/C1输入捕捉功能的频率测量方法。测量时将被测信号连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。将量程自动转换，多次连续测量，数据有效性验证等控制技术加入到测量方法当中去，进一步提升了系统性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种数字频率计，其特征在于，其由信号源、单片机、驱动电路和显示器组成，所述信号源与所述单片机相连，所述单片机经所述驱动电路与所述显示器相连；测量时，将信号源连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。优选的，在频率测量过程中增了量程自动转换，多次连续测量，数据有效性验证等控制技术，进一步提升了系统性能。优选的，所述信号源为脉冲方波，其频率范围为1Hz~1MHz。优选的，所述单片机为AVR单片机，具体型号选择ATmega16。优选的，所述驱动电路由反向驱动芯片构成，型号选择ULN2003A。优选的，所述显示器为六位共阳数码管，采用动态扫描的方式进行频率显示。上述技术方案有如下有益效果：频率测量方法仅利用AVR单片机一个定时器/计数器的输入捕捉功能进行频率测量，采用量程自动切换实现超宽范围频率测量，由于输入捕捉功能是硬件自动同步复制，计数过程没有受到任何影响，所以具有较高的测量精度；同时系统采用多次连续测量进一步提高测量精度，验证数据有效性提高测量的抗干扰能力。总之，基于AVR单片机定时/计数器捕捉功能的频率测量方法是一种占用系统资源少，频率范围广，测量精度高的测量方法。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明图1为本专利技术实施例结构示意图。图2为本专利技术实施例定时器/计数器输入捕捉单元。图3为本专利技术实施例捕捉中断程序流程图。图4为本专利技术实施例一次频率测量处理流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细介绍。如图1所示，本专利技术一种数字频率计其由1信号源、2单片机、3驱动电路和4显示器组成，所述信号源与所述单片机相连，所述单片机经所述驱动电路与所述显示器相连。测量时将信号源连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。将量程自动转换，多次连续测量，数据有效性验证等控制技术加入到测量方法当中去，进一步提升了系统性能。该测量方法具有占用系统资源少、频率范围广、测量精度高，抗干扰能力强等优点。本实施例的信号源的为脉冲方波，其频率范围为1Hz~1MHz。AVR单片机是一种基于增强型RISC结构、低功耗、CMOS技术的8位微控制器，选择AVR系列单片机典型产品Atmega16作为本实施例的测控芯片，其外接晶体的频率为8MHz。本实施例的显示器为六位共阳数码管，采用动态扫描的方式进行频率显示，其驱动电路由反向驱动芯片构成，型号选择ULN2003A。如图2所示，ATmega16的T/C1是一个16位多功能定时/计数器，其输入捕捉功能是AVR定时/计数器的另一个非常有特点的功能，可应用于精确捕捉一个外部事件的发生，记录事件发生的时间印记。捕捉外部事件发生的触发信号由引脚ICP1输入，或模拟比较器的AC0单元的输出信号也可作为外部事件捕获的触发信号。当一个输入捕捉事件发生时，例如外部引脚ICP1上的逻辑电平变化或模拟比较器输出电平变化（事件发生）时，T/C1的计数器TCNT1的计数值被写入输入捕捉寄存器ICR1中，并置位输入捕获标志位ICF1，产生中断申请。输入捕捉功能可用于频率和周期的精确测量。采用输入捕捉功能进行精确周期（频率）测量实际上就是将被测信号作为ICP1的输入，被测信号的上升（下降）沿作为输入捕捉的触发信号。T/C1工作在常规计数器方式，对设定的已知系统时钟脉冲进行计数。在计数器正常工作过程中，一旦ICP1上的输入信号由低变高（假定上升沿触发输入捕捉事件）时，TCNT1的计数值被同步复制到了寄存器ICR1中。简言之，当每一次ICP1输入信号由低变高时，TCNT1的计数数值都会被再次同步复制到ICR1中。如果能及时将2次连续的ICR1中数据记录下来，那么2次ICR1的差值乘以已知的计数器计数脉冲周期，就是输入信号一个周期的时间。由于整个过程中，计数器的计数工作没有受到任何影响，捕捉事件发生的时间印记也是由硬件自动同步复制到ICR1中的，因此所得到的周期值是非常精确的。基于输入捕捉功能的频率测量仅使用一个16位T/C1进行周期的测量，测量时将被测信号连接至T/C1捕捉输入引脚ICP1(PD6)。T/C1工作在计数方式，对8MHz系统时钟进行计数，因此每1个数的计数时间为0.125μs。T/C1设置引脚ICP1的上升沿作为外部事件的触发，一旦ICP1引脚上出现上升沿，T/C1的硬件电路将自动同步地把当前TCNT1的值复制到ICR1中，并申请捕捉中断。如图3所示，在T/C1捕捉中断服务程序中，记录了2个ICR1的值，一个为第0次触发时的TCNT1值(icp_v0)，另一个为第N次触发时TCNT1值(icp_vn)。当第N个值也被记录下来后，随即禁止T/C1所有中断，将2个记录数据交给主程序进行有效性的判断和周期频率的换算。系统还使用了T/C1的溢出中断，该中断用于记录T/C1溢出中断的次数(full_num)，则N个脉冲计数差值(count_dif)为65536*full_num+icp_vn-icp_v0。T/C1的2个中断服务都是非常重要的，任何一个一旦发生，都应该立即响应，不能延误，另外，这2个中断服务程序的执行时间必须越短越好。主程序主要包括初始化，频率测量处理，动态扫描显示等部分，系统进入主程序首先进行初始化，其包括I/O端口初始化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字频率计，其特征在于，其由信号源、单片机、驱动电路和显示器组成，所述信号源与所述单片机相连，所述单片机经所述驱动电路与所述显示器相连；测量时，将信号源连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。

【技术特征摘要】
1.一种数字频率计，其特征在于，其由信号源、单片机、驱动电路和显示器组成，所述信号源与所述单片机相连，所述单片机经所述驱动电路与所述显示器相连；测量时，将信号源连接至AVR单片机捕捉输入引脚，当捕捉事件发生时，硬件自动记录事件发生的时间印记，再将其转换为频率即可完成测量。2.根据权利要求1所述的一种数字频率计，其特征在于，在频率测量过程中增了量程自动转换，多次连续测量，数据有效性验证等控制技术，进一步提升了系统性能。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈畅，
申请(专利权)人：陈畅，
类型：发明
国别省市：江苏,32