4. 等精度测量原理框图

微处理器的主要优点之一是可以利用微处理器的数据处理能力,减少测量过程中产生的随机误差和系统误差,从而提高测量精度,所以往往把单片机运用在电子测量过程中,来提高测量精度。

实现等精度测量原理,关键是使Nx不产生误差,而No不超过±1误差。利用PC机总线技术,设计了相应的控制门电路,实现对被测频率信号的计数及相应的精确闸门时间,并使闸门的开启与关闭和被测信号的有效跳变同步。

预置门的打开和关闭由被测信号和预置的测量时间控制,计数器Nx在预置门的控制下对被测信号频率计数,控制门根据预置门产生一个与被测信号同步的同步门;计数器No在同步门的控制下对时标计数,得到精确的闸门时间Tg。设时标周期为To,则被测频率Fx=Nx/NoTo。

单片机采用定时ls的测频法先对信号进行预测,软件根据频率高低自动选择检测时间或周期扩展倍数,以保证各档都有较高测量精度。当输入信号频率超过100kHz时,信号经扩展计数器分频后送入8031按测频法测量,频率检测时间设有三档,分别为0.01s、0.1s、1s。在转入周期测量后,信号直接送入单片机,周期扩展倍数有104、103、102、10、1五档。

由于单片机的最高计数频率为500kHz,限制了测频范围,必须对高频进行分频。扩展n分频器后,将会产生分频误差。这个n分频最大将导致(n-1)个待测频率周期的分频误差。该误差量级与“±l”误差相当,甚至更大。为了提高测频分辨率,我们采用了硬件同步分频技术,即在闸门开启的有效上升沿时刻,对74LS591分频器清零。在闸门关闭时刻,将分频状态打入总线缓冲器74LS244,8031通过缓冲器读出其值,从而消除了“分频误差”。