鳳嬌

(山東科技大學機械電子工程學院 山東 青島 266590)

基于51單片機的脈沖頻率的測量方法

于蘭浩王賀王鳳嬌李家成

(山東科技大學機械電子工程學院山東青島266590)

一、引言

在現(xiàn)代測控系統(tǒng)中，我們經(jīng)常需要測量一個脈沖的頻率，如果使用專門的測量儀器，會增加測量成本，而很多單片機的定時器具有捕獲功能，可以測量頻率不是很高的脈沖的頻率，單片機價格低廉，這樣就降低了測控成本。

二、單片機定時器2及其捕獲模式介紹

通常來說，用單片機來測量一個脈沖的頻率：使用兩個定時器，一個定時器來測量脈沖的個數(shù)，一個定時器用來定時，用測到的時間比上個數(shù)得到一個脈沖的寬度，再求得頻率。這樣做的缺點是浪費了單片機寶貴的硬件資源，編寫程序也比較麻煩。而我們采用單片機定時器2的捕獲功能，實際上在計時的同時計數(shù)，這樣節(jié)省了一個定時器/計數(shù)器，編寫程序也較為方便。但是需要注意的是，輸入脈沖的最高頻率應低于單片機振蕩頻率的1/24。在一般測控場合，用單片機測量頻率完全能達到要求，故選用stc89c52單片機能符合要求。

單片機的定時器2有三種工作模式：16位自動重裝，16位捕獲，波特率發(fā)生器。捕獲模式的原理是：單片機內部有兩組寄存器，其中(TLX，THX)內部數(shù)值按照機器周期增減，當與捕獲功能相關的外部引腳有負跳變時，捕獲便會立即將此時第一組寄存器中的數(shù)值準確的獲取，并存入陷阱寄存器(RCAPXL,RCAPXH)中，同時向cpu申請中斷，以方便軟件記錄。當該引腳下一次跳變產(chǎn)生時，便會產(chǎn)生另一次捕獲，再次向cpu申請中斷，軟件再一次記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)兩次數(shù)據(jù)之差便是可以算出脈沖周期。這里需要用到定時器2的控制寄存器T2CON,其地址為C8H。寄存器位如表1所示：

表1

其中，TF2為定時器2溢出標志位。EXF2為定時器2外部標志，當有捕獲產(chǎn)生時，該位置1，申請中斷，在中斷服務程序中需要將該位認為清零。RCLK、TCLK為接受發(fā)送時鐘，在此處不用。EXEN2為定時器2外部使能標志，該位為1，當定時器2未作為串口時鐘使用時，允許T2EX負跳變產(chǎn)生捕獲或重裝。C/T2為定時器/計數(shù)器選擇，當該位為0時為定時器。CP/RL2為捕獲/重裝標志，使用捕獲模式需設該位為1.捕獲的原理如圖1所示：

圖1

當EXEN2=1時，外部輸入T2EX(在stc89c51中為p1.1)由1變0時，將定時器2中TH2和TL2的當前值分別裝入RCAP2H和RCAP2L中。此外，T2EX負跳變使EXF2置位，EXF2與TF2一樣也可以引起中斷，這兩個中斷量具有相同中斷地址。在中斷服務程序中，我們可以查詢EXF2與TF2狀態(tài)來確定中斷是由誰引起的。注意這里TH2、TL2沒有自動重裝初值。

三、單片機程序設計

在弄清楚了捕獲原理與T2CON寄存器后，對程序進行設計。我們選用KEIL編譯軟件，注意在KEIL軟件的”reg52.h”頭文件里面并沒有對T2CON進行聲明，故我們若用到該寄存器，必須自己單獨進行聲明。由于源程序較長，只將定時器2初始化程序與中斷服務程序編寫如下：

定時器2初始化程序：

void Timer2Init()

{

T2CON=0x0d; //定時器2工作在捕獲模式，由外部輸入信號產(chǎn)生捕獲，啟動定時器

RCAP2L=0x00; //清零

RCAP2H=0x00;

TL2=0x00;TH2=0x00;

ET2=1; //定時器2中斷使能

EA=1; //開總中斷

}

中斷服務程序：

void INT_Timer2()interrupt 5

{

if(TF2)//溢出中斷，進行結算

{

TR2=0; TF2=0; //定時器停止計數(shù)，定時器2溢出標志清零

NP1=N; //脈沖個數(shù)

N=0; //清零為下一次做準備

if(Cap1>Cap0)

{

frequency=1000000*(NP1-1) /(Cap1-Cap0);//捕獲回來的頻率

}

TL2=0x00;TH2=0x00;TR2=1; //數(shù)據(jù)重載

}

else //捕獲中斷

{

EXF2=0; //捕獲中斷標志清零

if(N==0)

{

Cap0=RCAP2H; //高8位

Cap0=(Cap0<<8)|RCAP2L;//或上低8位得16位

N=1;

}

else

{

N++;Cap1=RCAP2H;Cap1=(Cap1<<8)|RCAP2L;

}

}

}

四、結束語

用該型號單片機測量脈沖信號的頻率時精度比較高，成本非常低，只要將測得的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示或者傳到上位機，我們便可以獲得該信號的頻率了。