測量數(shù)字脈沖信號頻率的方法很多，但絕大多數(shù)頻率儀僅能測量脈沖的頻率和周期。 為了更深一步研究和 處理監(jiān)測的信號，我們往往還關(guān)心脈沖的正脈寬、負(fù)脈寬和占空比等參數(shù)。為了測量有關(guān)脈 沖的這些參數(shù)，現(xiàn)研制出既能測量頻率、周期，又能測量正脈寬、負(fù)脈寬和占空比 的多功能頻率儀。該頻率儀可直接測量數(shù)字脈沖信號的各種參數(shù)，簡單、實用。若串行口通 過現(xiàn)場總線將測量參數(shù)傳遞給上位機，還可將此儀器稍作改動，作為前端實時采集單元監(jiān)測 信號之用。 圖1　智能頻率儀硬件系統(tǒng)圖（略） 　　1　頻率儀的硬件系統(tǒng) 　　圖1為智能頻率儀的硬件系統(tǒng)圖。本系統(tǒng)的主要控制部件單片機采用ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C51，它內(nèi)含4kB FLASH 內(nèi)部程 序存儲器和256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，完全滿足系統(tǒng)需要，不需再外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 。脈沖采集是通過NT0、NT1兩個外中斷口。定時器/計數(shù)器0工作在方式2，作為外部中 斷的擴展，監(jiān)視按鍵電路。用戶可通過按鍵選擇測試項目，5個按鍵（周期、正脈沖寬度、 負(fù)脈沖寬度、占空比、頻率）通過一個與非門和一個非門加在定時器/計數(shù)器0的外部脈沖輸 入端（T0引腳）。沒有鍵按下時，T0引腳為高電平；當(dāng)有鍵按下時，T0引腳變?yōu)榈碗娖?，則 定時器/計數(shù)器0溢出中斷，同時通過PI口的P1.0～P1.4檢測這5個按鍵的狀態(tài)。鍵未按下狀 態(tài)為1，鍵按下狀態(tài)為0，以此判斷哪個按鍵按下。輸出通過74LS377和74LS373驅(qū)動八位七 段譯碼顯示測試參數(shù)。其中，74LS377送出位控碼，74LS373送出段碼。另外通過P1.6、P1.7 分別驅(qū)動兩個發(fā)光二極管顯示測試參數(shù)的單位為ms或者Hz。 　　系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式，時鐘電路的晶振選擇6MHz 。 　　2　軟件設(shè)計 　　系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計思想，用匯編語言編制。由主程序、T0中斷服務(wù)程序、T1 中斷服務(wù)程序、INT0中斷服務(wù)程序、INT1中斷服務(wù)程序、顯示子程序等組成。 　　2．1　主程序設(shè)計 　　開機或復(fù)位后系統(tǒng)進行初始化，首先將外中斷0和外中斷1分別設(shè)置為沿觸發(fā)方式，作為 測試脈沖的引入端，當(dāng)有外部脈沖輸入時引起中斷。定時器/計數(shù)器0工作方式設(shè)置為方式2 ，初值為FFH，作為外部中斷的擴展，一旦有鍵按下，便引起T0中斷，在中斷服務(wù)程序中查 詢鍵值。定時器/計數(shù)器1工作方式設(shè)置為方式1，初值為FE0CH，以實現(xiàn)定時1ms的功能。接 著對標(biāo)志寄存器FLAG和數(shù)據(jù)緩存FCON0、FCON1、TCON0、TCON1清0，最后系統(tǒng)不斷調(diào)用顯 示子程序等待中斷。主程序流程見圖2。 　　2. 2　T0中斷服務(wù)程序 　　當(dāng)有鍵按下時，通過與非門74LS30向T0送入一個脈沖，定時器/計數(shù)器0計數(shù)溢出產(chǎn)生中斷。 進入中斷服務(wù)程序后，首先關(guān)閉T0中斷，軟件閉鎖其他按鍵，然后讀P1口值。若P1口值不是 FFH，說明有鍵按下，延時一段時間，再讀P1口，若仍不是FFH，說明真有鍵按下，等按鍵釋 放后，則將P1口的值送到KEYVALUE中保存。在上述操作中，若P1口值為FFH，說明為干擾， 則不予理睬。最后，重新置定時器/計數(shù)器0計數(shù)初值為FFH，并啟動計數(shù)器工作，等待下一 次按鍵。 圖2　主程序流程圖（略） 　　2.3　INT0中斷服務(wù)程序 　　當(dāng)被測脈沖加在AT89C51的/INT0引腳上時，在脈沖的下降沿產(chǎn)生外中斷0的中斷申請。進入 中斷后，首先啟動定時器/計數(shù)器1工作，將鍵值送給A累加器，接著根據(jù)A累加器的值散轉(zhuǎn)。 主要分支有測周期分支、測正脈寬分支、測負(fù)脈寬分支、測占空比分支、測頻率分支等。下 面以測周期、測正脈寬、測頻率等分支為例，簡要說明測量過程。 　?。?）測周期分支流程。 在測周期分支里，先判斷周期標(biāo)志的狀態(tài)是否為1。若不為1，表 明是第一次進入外中斷0， 則置位周期標(biāo)志；若為1，表明是第二次進入外中斷0，說明已測完了脈沖的一個周期，則清 周期標(biāo)志位，關(guān)閉定時器/計數(shù)器1停止計數(shù)，并將測量到的周期值（包括整數(shù)和小數(shù)部分） 送入顯示緩沖區(qū)。 　　（2）測頻率分支流程。進入測頻率分支后，首先置位頻率標(biāo)志位為1，然后每中斷一次，脈 沖計數(shù)器FCON0、FCON1 加1.記錄在1s內(nèi)外中斷0的中斷次數(shù)，即被測脈沖在1s內(nèi)的脈沖個數(shù)，此值即為所測頻率 值。其中定時1s的功能在定時器/計數(shù)器1中斷處理程序中完成，由定時器/計數(shù)器1中斷100 0次來實現(xiàn)（1000×1ms=1s）。 　?。?）測正脈寬分支流程。進入測正脈寬分支后，根據(jù)正脈寬標(biāo)志位和占空比標(biāo)志1位的狀態(tài) 決定程序的走向。若為測 正脈寬，則定時器/計數(shù)器1停止定時，清正脈寬標(biāo)志，并將所測的正脈寬值送入顯示緩沖區(qū) ；測占空比，則關(guān)閉定時器/計數(shù)器1定時，將所測的正脈寬值保存在WIDTH0、WIDTH1里以便 算占空比，并將鍵值改為08H，為了標(biāo)記已進入過外中斷0，置位占空比標(biāo)志2，最后再啟動 定時器/計數(shù)器1工作。 　　2.4　INT1中斷服務(wù)程序 　　在外中斷1中斷處理程序中，主要根據(jù)標(biāo)志位和鍵值進入不同的分支。若為測正脈寬分支 ，則啟動定時器/計數(shù)器1；若為測負(fù)脈寬分支，則將停止定時器/計數(shù)器1工作，將所測負(fù)脈 寬的值送入顯示緩沖區(qū)里；若為測占空比分支且占空比標(biāo)志2為1，則將停止定時器/計數(shù)器1 工作，將所測的值送入緩沖區(qū)里，計算占空比，并將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)。 　　參考文獻 1　陳奧初等編等，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐.北京航空大學(xué)出版社，1995，10 2　李廣第編著單片機基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社，2000，8 轉(zhuǎn)自：中國煤炭