第16章-單片機(jī)頻率檢測(cè)

ID:111078 · 發(fā)表于 2016-3-28 22:46

51單片機(jī)輕松入門—基于STC15W4K系列（C語言版）
李友全編著詳見:http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-37954-1.html

第16章頻率檢測(cè)

1 頻率檢測(cè)的用途與頻率定義

2 頻率檢測(cè)實(shí)例

1 頻率檢測(cè)的用途與頻率定義

實(shí)際工程中有時(shí)需要使用單片機(jī)檢測(cè)脈沖信號(hào)頻率，比如家用恒溫型熱水器內(nèi)部的水流量傳感器輸出的是12V的矩形脈沖信號(hào)，工業(yè)運(yùn)用中的液體流量計(jì)輸出的往往也是5～24V的脈沖信號(hào)，我們要知道當(dāng)前液體的瞬時(shí)流量就需要測(cè)量流量計(jì) 輸出的脈沖信號(hào)頻率，然后通過頻率換算公式得到當(dāng)前流量值，脈沖信號(hào)可能存在如下圖所示的2種波形，一個(gè)波形周期固定不變，另一個(gè)波形周期是變動(dòng)的。

頻率定義：物質(zhì)在1秒鐘內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做頻率，常用f表示，比如

正弦交流電，其頻率是50Hz，也就是它在一秒鐘內(nèi)做了50次周期性變化。假設(shè)上圖波形總時(shí)間為1秒，則上下2個(gè)波形頻率都是6Hz，對(duì)于實(shí)際的檢測(cè)儀表，只要測(cè)量出1秒鐘內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)也就知道頻率了，對(duì)上面2個(gè)波形測(cè)量結(jié)果也都會(huì)是一致的（6Hz）。

2 頻率檢測(cè)實(shí)例

例16.1 程序功能：把P3.4 、P3.5在精確1秒鐘內(nèi)輸入的脈沖個(gè)數(shù)值測(cè)量出來并通過串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)。

電路如下圖所示，由1號(hào)單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)，2號(hào)單片機(jī) P3.4 、P3.5用著頻率檢測(cè)輸入口。

說明：由于要求同時(shí)測(cè)量2路脈沖信號(hào)頻率，使用T0（P3.4）與T1（P3.5）作

為外部計(jì)數(shù)脈沖輸入口，T2作串口波特率發(fā)生器，1S定時(shí)器可以使用T3、 T4，也可使用PCA模塊定時(shí)，使用頻率為22.1184MHz的外部晶振(重點(diǎn))，串口通信波特率9600，可精確測(cè)量外部信號(hào)的最高頻率的理論值為22.1184MHz/4

= 5.5926 MHz，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：輸入6.021MHz時(shí)測(cè)量結(jié)果仍然是精確的，下限測(cè) 量到幾Hz依然是準(zhǔn)確的，只是不能顯示小數(shù)部分而已。

程序要點(diǎn)分析：

（1）T0與T1是16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為65535，我們需要測(cè)量1000000Hz以上的頻率信號(hào)，因此需要將計(jì)數(shù)器擴(kuò)展為24位，可定義一個(gè)unsigned char 變量作為軟件計(jì)數(shù)器，當(dāng)16位計(jì)數(shù)器溢出一次就讓軟件計(jì)數(shù)器加1，因此最大測(cè)量范圍是65536*255=16711680，即16.7MHz。

（2）PCA定時(shí)器定時(shí)時(shí)間設(shè)置為5ms產(chǎn)生一次中斷，200次中斷即為1秒， 1秒時(shí)間到達(dá)時(shí)讀取計(jì)數(shù)器T0與T1的值和軟件計(jì)數(shù)器的值。

由于1號(hào)單片機(jī)的輸出信號(hào)串聯(lián)了240Ω電阻，在信號(hào)頻率很高時(shí)接入萬用表會(huì)對(duì)

信號(hào)波形產(chǎn)生影響，因此需要直接測(cè)量1號(hào)單片機(jī)信號(hào)輸出引腳相連的測(cè)試點(diǎn)，另外2號(hào)單片機(jī)晶振一定得選用外部晶振。實(shí)測(cè)結(jié)果如圖16-2所示（圖中只給一個(gè)輸入通道輸入了頻率信號(hào)）。

1—1號(hào)單片機(jī)脈沖信號(hào)輸出程序：

/****************《51單片機(jī)輕松入門-基于STC15W4K系列》配套例程 *************
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
《51單片機(jī)輕松入門-基于STC15W4K系列》一書已經(jīng)由北航出版社正式出版發(fā)行。
作者親手創(chuàng)作的與教材配套的51雙核實(shí)驗(yàn)板(2個(gè)MCU)對(duì)程序下載、調(diào)試、仿真方便，不需要外部
仿真器與編程器，這種設(shè)計(jì)方式徹底解決了系統(tǒng)中多個(gè)最高優(yōu)先級(jí)誰也不能讓誰的中斷競(jìng)爭(zhēng)問題。
QQ群：STC51-STM32(3) ：515624099 或 STC51-STM32(2)：99794374。
驗(yàn)證信息：STC15單片機(jī)
郵箱：xgliyouquan@126.com
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★*/
// 晶振頻率使用22.1184M
#include "STC15W4K.H"
void CLOCK_Init()
{
//***************** 設(shè)置主時(shí)鐘輸出，不分頻 *****************
CLK_DIV = 0xc0; // 主時(shí)鐘輸出頻率= Fosc /4，R/C時(shí)鐘頻率要求不大于12MHz。
}
void delay2ms(void)
{
unsigned char i,j,k;
for(i=2;i>0;i--) //注意后面沒分號(hào)
for(j=30;j>0;j--) //注意后面沒分號(hào)
for(k=180;k>0;k--); //注意后面有分號(hào)
}
void main()
{
CLOCK_Init(); // 時(shí)鐘輸出初始化，需要輸出高頻信號(hào)時(shí)使用本行代碼。
while(1);
// while(1) // 單通道低頻輸出時(shí)使用
// {
// P54=!P54;
// delay2ms();
// }
}

復(fù)制代碼

1—2號(hào)單片機(jī)秒計(jì)數(shù)方式檢測(cè)頻率程序：

/****************《51單片機(jī)輕松入門-基于STC15W4K系列》配套例程 *************
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
《51單片機(jī)輕松入門-基于STC15W4K系列》一書已經(jīng)由北航出版社正式出版發(fā)行。
作者親手創(chuàng)作的與教材配套的51雙核實(shí)驗(yàn)板(2個(gè)MCU)對(duì)程序下載、調(diào)試、仿真方便，不需要外部
仿真器與編程器，這種設(shè)計(jì)方式徹底解決了系統(tǒng)中多個(gè)最高優(yōu)先級(jí)誰也不能讓誰的中斷競(jìng)爭(zhēng)問題。
QQ群：STC51-STM32(3) ：515624099 或 STC51-STM32(2)：99794374。
驗(yàn)證信息：STC15單片機(jī)
郵箱：xgliyouquan@126.com
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★*/
// 晶振頻率為22.1184MHz外部晶振，串口通信波特率9600
#include "STC15F2K60S2.H"
#include <stdio.h> // 為使用KEIL自帶的庫函數(shù)printf而加入
bit flag; // 需要通過串口向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)志
sbit LED_1s=P0^0; // 調(diào)試指示燈
sbit LED_T0_Over=P0^1; // 調(diào)試指示燈
sbit LED_T1_Over=P0^2; // 調(diào)試指示燈
unsigned char Read_TH0,Read_TL0; // 讀取的定時(shí)器T0的高低位計(jì)數(shù)值
unsigned char Read_TH1,Read_TL1; // 讀取的定時(shí)器T1的高低位計(jì)數(shù)值
unsigned char HT0,HT1; // 超過16位的計(jì)數(shù)值，最大256*65536=16.777 216 MHz
unsigned char Read_HT0,Read_HT1; // 讀取的超過16位的計(jì)數(shù)值，
unsigned char Count=200; // 中斷計(jì)數(shù)變量(1S計(jì)時(shí)用）,200*5mS = 1S
void Uart_Init(void) // 9600bps@22.1184MHz
{
SCON = 0x50; // 8位數(shù)據(jù),可變波特率
AUXR |= 0x04; // 定時(shí)器2時(shí)鐘為Fosc,即1T
T2L = 0xC0; // 設(shè)定定時(shí)初值
T2H = 0xFD; // 設(shè)定定時(shí)初值
AUXR |= 0x01; // 串口1選擇定時(shí)器2為波特率發(fā)生器
AUXR |= 0x10; // 啟動(dòng)定時(shí)器2
TI=1;
}
void JiShuQ_Init() // 計(jì)數(shù)器初始化，T0和T1共2路計(jì)數(shù)脈沖輸入
{
TMOD=0x55; // 設(shè)置T1、T0工作于計(jì)數(shù)方式,16位計(jì)數(shù)
HT0=0;TH0=0;TL0=0;HT1=0;TH1=0;TL1=0; // 清空計(jì)數(shù)器
TR0=1;TR1=1; //開啟計(jì)數(shù)器0 /計(jì)數(shù)器1
ET0=1;ET1=1; // 開啟計(jì)數(shù)器0與1的中斷
}
void DingSQ_Iint_5mS() // PCA定時(shí)器初始化為5mS中斷
{
CMOD=0x80; // #10000000B 空閑模式下停止PCA計(jì)數(shù)器工作
// 選擇PCA時(shí)鐘源為fOSC/12，禁止PCA計(jì)數(shù)器溢出時(shí)中斷
CCON=0; // 清0 PCA計(jì)數(shù)器溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位CF
// CR = 0, 不允許 PCA 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；清0 PCA 各模塊中斷請(qǐng)求標(biāo)志位CCFn
CL=0; // 清0 PCA 計(jì)數(shù)器
CH=0;
CCAP0L=0; // 給PCA模塊0的CCAP0L置初值
CCAP0H=0x24; // 給PCA模塊0的CCAP0H 置初值
CCAPM0=0x49; // 設(shè)置PCA模塊0為16位軟件定時(shí)器
// ECCF0=1允許PCA模塊0中斷
// 當(dāng)[CH，CL]=[CCAP0H，CCAP0L]時(shí)，CCF0=1，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求
EA=1; // 開整個(gè)單片機(jī)所有中斷共享的總中斷控制位
CR=1; // 啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器(CH,CL)計(jì)數(shù)
}
void PCA(void) interrupt 7 // PCA中斷服務(wù)程序,每5ms中斷一次
{
union
{ // 定義一個(gè)聯(lián)合,以進(jìn)行16位加法
unsigned int num;
struct
{ // 在聯(lián)合中定義一個(gè)結(jié)構(gòu)
unsigned char Hi,Lo;
}Result;
}temp;
temp.num=(unsigned int)(CCAP0H<<8)+CCAP0L+0x2400; //0X1200=0.500112S, 0X11FF=0.500003S,
CCAP0L=temp.Result.Lo; // 取計(jì)算結(jié)果的低8位
CCAP0H=temp.Result.Hi; // 取計(jì)算結(jié)果的高8位
CCF0=0; // 清 PCA 模塊0 中斷標(biāo)志
Count--; // 修改中斷計(jì)數(shù)
if(Count==0)
{
Count=200; // 恢復(fù)中斷計(jì)數(shù)初值 200*5mS = 1S
LED_1s =!LED_1s; // 在P0.0輸出脈沖寬度為1秒鐘的方波(周期2S)
TR0=0;TR1=0; // 關(guān)閉計(jì)數(shù)器0與1 ，防止讀數(shù)錯(cuò)誤
CR=0; // 關(guān)閉16位PCA計(jì)數(shù)器(CH,CL)
Read_HT0=HT0;Read_TH0=TH0;Read_TL0=TL0; // 讀取計(jì)數(shù)值
Read_HT1=HT1;Read_TH1=TH1;Read_TL1=TL1; // 讀取計(jì)數(shù)值
HT0=0;TH0=0;TL0=0; // 清空計(jì)數(shù)器
HT1=0;TH1=0;TL1=0;
TR0=1;TR1=1; // 開啟計(jì)數(shù)器0與1 ，防止讀數(shù)錯(cuò)誤
CR=1; // 開啟16位PCA計(jì)數(shù)器(CH,CL)
flag=1; // 需要主程序處理數(shù)據(jù)
}
}
void Timer0(void) interrupt 1 // 定時(shí)器T0 中斷函數(shù)
{
HT0++; // 超過16位計(jì)數(shù)值變量一次變量加1
LED_T0_Over=!LED_T0_Over;
}
void Timer1(void) interrupt 3 // 定時(shí)器T1 中斷函數(shù)
{
HT1++; // 超過16位計(jì)數(shù)值變量一次變量加1
LED_T1_Over=!LED_T1_Over;
}
void SendBuf()
{
unsigned long tmp;
tmp= Read_HT0*65536+Read_TH0*256+Read_TL0;
printf("F1： %ldHz ",tmp);
tmp= Read_HT1*65536+Read_TH1*256+Read_TL1;
printf("F2： %ldHz\n",tmp);
}
void main()
{
Uart_Init(); // 串口初始化
JiShuQ_Init(); // 計(jì)數(shù)器初始化
DingSQ_Iint_5mS(); // PCA定時(shí)器5mS初始化
while(1)
{
if (flag==1) // 需要通過串口向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)志
{
SendBuf();
flag=0;
}
}
}