Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

С помощью контроллеров МК частоту можно измерять несколькими путями. В том числе есть специальный режим работы таймеров с «захватом» (capture) внешнего перепада уровней и генерацией прерывания по этому поводу. Он удобен для измерения периода низких (с точки зрения МК) частот по второму способу. Здесь я покажу метод прямого измерения (по способу подсчета импульсов) достаточно высокой частоты, причем с подстройкой измерительного интервала для получения более точного результата прямо в физических величинах — герцах.

Предположим, измеряемая частота находится в диапазоне до 4 МГц, и нам желательно измерить ее с разрешением до 1 Гц. Прежде всего отметим, что тактовая частота контроллера должна превышать измеряемую не менее, чем в два раза — таково требование руководства. Обнаружение изменения внешнего сигнала производится по фронту тактового, и если период измеряемого сигнала слишком короткий, то в регистрации могут быть пропуски.

Замечание

Отметим, что перепад уровней внешнего сигнала регистрирует автономная асинхронная схема. Потому из изложенного в руководстве не следует, что тактовая частота должна быть выше измеряемой именно в два раза — достаточно простого превышения. И по моему опыту AVR прекрасно измеряют частоту всего в полтора раза ниже тактовой. Однако окончательное суждение по этому вопросу я оставляю на усмотрение читателей — изложение в руководстве не очень толковое (не до конца прояснен вопрос с задержками регистрации фронта сигнала), и, конечно, лучше «на всякий случай» следовать фирменным рекомендациям.

Так что нам потребуется МК с тактовой частотой не менее 8 МГц. Выберем АТ9 °C2313 (Classic— при необходимости легко модифицировать алгоритм к любому AVR) с частотой 8 МГц. Для измерения мы используем два таймера— один 16-разрядный (Timer 1) для отсчета собственно внешней частоты, и второй (Timer 0) для отсчета измерительного интервала.

Заметки на полях

Результат измерения частоты 4 МГц с точностью до герца в принципе займет не менее трех 8-битовых регистров. Но реальное их число, которое требуется задействовать, будет зависеть от нижнего предела измеряемой частоты. В самом деле, предположим, что частота может меняться не более чем на 256 Гц. Тогда старшие два регистра всегда будут показывать одно и то же число (и точно известно, какое), а все изменения будут регистрироваться только в самом младшем регистре счетчика. Если же частота 4 МГц не меняется более чем на 65 кГц, то можно оставить только два регистра (собственно таймера). Здесь важно только, чтобы в процессе изменений частота не «переваливала» за границу, когда старший регистр тоже меняется (что в нашем случае произойдет, например, если средняя частота колеблется около значения 2 22= 4 194 304), иначе возникнет неоднозначность (которую, впрочем, также в некоторых случаях можно учесть). Но мы не будем в этот вопрос углубляться, а тупо предположим, что частота в пределах емкости трех регистров (т. е. с большим запасом — до 16,7 МГц) может быть любой.

Для измерения нам потребуется ввести прерывание Timer 1 по переполнению, в котором третий регистр (назовем его count3) будет всякий раз увеличиваться на единицу. Входной сигнал подадим на вход Т1 (вывод 9 для 2313), с которого внешние импульсы поступают прямо на счетчик таймера, если ему задать соответствующий режим.

Теперь разберемся с формированием измерительного интервала. При 8 МГц тактовой частоты и коэффициенте предделителя для Timer 0, равном 1/256, прерывания будут происходить с частотой 122,07 Гц. Нам же требуется 1 с (1 Гц), потому мы введем счетчик ( count_sek) и будем его с каждым прерыванием увеличивать, пока он не отсчитает ровно 122 таких прерывания. После этого можно фиксировать число импульсов, сосчитанное к тому времени в регистрах Timer 1. Но если кварцевый резонатор идеально точный, то секунда получится чуть меньше настоящей (неучтенные 0,07 Гц дадут ошибку 576 мкс со знаком «минус»), и перед чтением значений мы введем задержку для компенсации этой недостачи, с помощью которой наш частотомер можно еще дополнительно калибровать (т. е. учесть исходную неточность кварца). В начале и в конце интервала будем переключать разряд 6 порта D (вывод 11 ), чтобы контролировать измерительный интервал в процессе калибровки. На рис. 19.5 представлен МК AT90S2313 с обозначением выводов для нашей цели.

Рис. 19.5. Подключение AT90S2313для измерения частоты

Программа частотомера приведена в листинге 19.5 (определение регистров я опускаю, в данном случае их потребуется всего три — temp, count3и count_sek). В секции прерываний введем прерывания Timer 0 и Timer 1 по переполнению (по меткам TIM0и TIM1). Инициализация таймеров в секции начальной загрузки сводится к разрешению прерываний, но обязательно здесь же нужно очистить счетные регистры таймеров и все дополнительные