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1．引言

频率计的出现使测量电信号的频率成为可能，传感器的出现使得频率计的应用范围迅速扩大。随之而来的就是不同应用领域对频率计的要求产生了巨大的差别。为了应对这些突如其来问题，人们投入了大量的研究。然而，在很多应用环境中，不仅要对频率进行准确的测定，还需要将测量所得结果交由其它设备以便于进行后期的处理和控制，即要解决与其它设备的通信问题。本文就是要设计一个这样的系统能将信号地采集与传输功能融为一体，不仅要使二合一电路在硬件上得到精简，更要在软件上实现这两个功能模块的完美搭接。更重要的是实现上位机对下位机的控制功能，即实现PC机对测量信号来源的统筹管理。总而言之，本设计就是为了将过去处于分离状态的各功能模块组成一个完整的系统。

2．频率信号采集与传输原理

2.1 频率信号采集的基本原理

所谓采集实际上就是对输入进来的某种物理信号做特定的处理，本设计所需处理的信号是V-F电压频率信号，采集的实际意义则是测量出频率的大小。在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数，频率在对其他许多电参量进行测量时都有占有十分重要的地位。实际测量系统中经常采用电压—频率转换、电流—频率转换等电路，都是通过测量频率达到测量其他电参量目的的实例。因此，频率的测量就显得尤为重要。信号采集可以简单的理解为利用微控制器实现对信号的频率的测量。

频率信号采集所需的接口简单，占用资源少，一般它只占用一个计数器接口或者一个外部中断源输入接口，即利用计数器计数或是中断服务程序中对从接口进入单片机的脉冲进行计数。但是，频率信号的测量依照不同的电路设计具有多样的硬件输入方式，与之对应的程序代码的编写也就存在多种实现的方法。

乍听起来和频率计颇为相似，其实不然，频率计可以说是一个功能完整的可以直接使用的仪器。它又可称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率fs为：fs=N/T。频率计主要由四个部分构成：时基(T)电路、输入电路、控制电路以及计数显示电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值。之所以称之为完整就是因为它的构成包含计数显示电路。至于本设计中的采集做到什么程度完全取决于之后所要传输数据的类型，倘若显示为具有可读性数据的代码转换协议在数据传输的后一站实现，那么就完全没有必要对数据做过多的处理。也就可以更多的节省信号采集时所占用的系统资源以及数据传输时所占用的信道资源。

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两种：一种是测频法：在限定的时间内(如1秒钟)检测脉冲的个数，如图1所示;另一种是测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间，如图2所示。这两种方法尽管原理是相同的，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和具体的考虑，寻找和设计出适合具体要求的测量方法。本设计采用的是测频法对频率信号进行测量。在具体频率的测量中，需要考虑和注意的因素有以下几点：

首先是系统的时钟。一方面，测量频率的系统时钟本身精度一定要高，因为不论是限定测量时间还是限定测量脉冲个数的周期，其时间基准是系统时钟产生的;另一方面，系统时钟的频率值，因为系统时钟频率越高，能够实现频率测量的精度也越高。因此，建议使用频率比较高的系统时钟。

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