关于智能频率显示组件的误差问题（熊军锋先生请进） [复制链接]

问题的由来：

今天早上，熊军锋先生在我开的“智能频率显示组件第三次提供（2004年11月）”主题中回复了这样一个帖子：(蓝色部分是熊先生的回复)

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引用:
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作者bd7rc
现在大家应该理解我只想提供成品，不想提供散件的原因了吧？

因为这个频率显示组件涉及到单片机的烧写问题，有些人从来就没有用过单片机；而所用的单片机pic16f84，又是一个使用比较灵活的芯片，可以根据使用者的需要设置其内部振荡电路方式、看门狗等的方式。本来设计者的初衷是方便使用者，但可惜对初学者来说是一个灾难：不会设置！！

另外，频率显示组件的校准也是一个大问题：没有标准信号发生器；不会设定校准参数。造成测量误差极大！

而当这些问题发生时，大家肯定要向我提出，有时没空，回答晚了，还产生误解，唉～～

有关芯片的烧写的问题，大家参考一下这个老帖子，希望能提供一点帮助：
http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=92714

另外，不要怀疑我提供的烧片文件和源程序的真实性，很多人和我一样，就是用它做出来的。
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由于这一频率计计数时是采用的中断方式工作,所以在频率较高时本身误差就很大。这是不可避免的。因为单片机在工作时，响应中断必须等到正在执行的执令执行完。在这期间，信号可能已经经历了几个周期。并且这一等待的时间是不固定的。一次测量要经过很多次中断,所以误差较大。
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帖子的地址链接是：
http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=100506&page=12&pp=20

我想就这个智能频率显示组件的误差问题，和熊先生、以及众高手、众用户探讨一下。
注意，请不要夹杂太多的感情因素。

先看一下熊先生的测试条件：
（图片加亮处理了一下，图片出处：“我做的接收机及dds控制板”
http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=108801 ）

再看一看他的测量结果（1）：
（同样，图片加亮处理了一下，图片出处：“我做的接收机及dds控制板”
http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=108801 ）

看一看他的测量结果（2）：
（同样，图片加亮处理了一下，图片出处：“我做的接收机及dds控制板”
http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=108801 ）

熊先生的以上测量数据汇总：（左为dds输出，中间为频率计测值，右边为误差 ）
1．234567-----1．23467-----103hz
1．888888-----1．88903-----142hz
9．000000-----9．00071-----710hz
45．000000----45．00355----3550hz
50．000000----50．00393----3930hz

分析结果：随着频率的升高，误差越来越大。

以上数据是基于他研制成功的dds，该dds的主要参数熊先生表述为：“置频最小间距:1hz,dds控制误差:<180000000/2^32约0.021”

刚好今天完成了学生的毕业论文答辩工作，暂时空闲下来，手头又有些仪器，自己就再测量了一把，把有关的测量数据图片给大家看一下。


测试用的信号发生器是北京凯弘公司出的kh1650c函数信号发生器，最高输出频率6mhz（抱歉，手头只有这么一台自己认为精密可靠的、频率不够高！），能调节hz位，测量时仅让其输出正弦波。电源为实验室常用的稳压电源，调在9.5v。所有机器、设备包括频率计，全部开机预热1小时以上再进行测量。

首先测量的是智能频率显示组件自己初始化后直接测量的状态（即：未校准，07h单元中的校准参数为默认的15h，，08h单元中的校准参数为默认的01h）

信号发生器输出分别为1、2、3mhz的情形：

信号发生器输出分别为4、5、6mhz的情形：

我的测量结果数据汇总：（左为dds输出，中间为频率计测值，右边为误差 ）
1．000000------1．00006------60hz
2．000000------2．00012------120hz
3．000000------3．00017------170hz
4．000000------4．00023------230hz
5．000000------5．00030------300hz

分析结果：随着频率的升高，误差越来越大。似乎与熊先生的测量结果一致？

将智能频率显示组件校准（实际上是改变07h、08h两个单元中的数据，然后微调一下组件上的微调电容，本此实验中07h变为13h，08h的没有改动），然后保持原来的状态，仅改变信号发生器的输出频率再次进行测量。

信号发生器输出分别为1、2、3mhz的情形：

信号发生器输出分别为4、5、6mhz的情形：

结果？！！！基本没有误差，就连有误差显示的数据也是在99999～00000间闪动！！

智能频率显示组件在校准前的表现和校准后的表现明显是不同的！

我们回过头来看看熊先生谈到的单片机中断时延问题。

的确，使用中断方式计数的频率计，单片机还必须额外处理一些的事情，比如重新装载中断计数初始值等。如果这些额外的时间不计入闸门时间内的话，将产生测量误差，特别是当测量闸门比较长，需要多次中断时，误差更大。

所以，2004年《无线电》12期有一篇关于频率计制作的文章（署名熊军锋，应该是这里的熊先生吧？），就提出使用延时方式来取得闸门时间，根据《无线电》网站提供的源程序，该频率计在0～140mhz档的闸门时间为1s，>140mhz档时为4s，产生闸门时间的延时程序分为粗调、细调、微调三个部分，可以根据晶振精确设定时间。根据我们刚刚完成的实验（我的一个学生的毕业设计），这种方法还是可取的。

那么，中断方式计数的频率计的误差就该很大且不可避免了？

不是的，我们可以研究中断发生前后的单片机的反应，准确判断需要额外执行的指令，把这些额外的时间考虑上，可以最大程度上减少误差的发生。另外，可以通过减小测量周期（闸门时间）来减少误差积累（智能频率先生组件的测量周期大约在100ms左右）；此外，通过算法的分段补偿，更可进一步减少误差。

在单片机制作的频率计中，不管是延时方式还是中断方式，产生误差的原因，都是是否多或少考虑了几条指令的额外运行时间，如果大家都认真考虑误差因素，两种方式上实际并没有太大的差别，关键是考虑的深度和减少误差的方法。

智能频率显示组件程序的原作者不是我，我至今还是没有完全看明白他的思路，所以一些东西我没法说出来，但，对于这个频率计，我是推崇倍至，不是因为他原来设计多么巧妙（我没完全看懂），而是在实际应用中，这个频率计的分辨率、准确度、稳定度、测量速度大大改变了我原来对单片机频率计的成见，而且干扰非常小。

智能频率显示组件的误差到底怎么样呢？不可避免的，受环境温度和所用的普通晶体的影响，从冷态开机到连续正常稳定工作，几十hz的偏差是有的，随着测量频率的上升，误差会有所加大，但一般会少于100hz，绝对不可能达到khz数量级！

上面演示的数据图片中，已经清楚地向大家传答了一个信息：没有经过校准的智能频率显示组件，将产生很大的误差！

熊先生的测量值为什么产生如此大的误差，我想上面我已经说明白了：没有校准！

另外，他使用的信号源的稳定度、精确度，我无从知道，但根据我们的实验（我带的另外一个学生也刚刚完成dds方面的一个毕业论文），这种dds，在业余情况下，尽管理论上的精确度很高，环境的温度、使用晶振的类型、使用的算法、甚至发送控制字周期的长短对dds的都会产生影响，甚至在用手放在芯片上帮助dds散热时都有影响。因此在业余情况下，说达到了1hz以上的精度意义不大，因为稳定度没有绝对的保证。在一般情况下，这样的dds和标准信号相差一两百hz是很正常的，当使用的晶体有误差时产生的误差更大，并且，由于dds本身的累加误差，随着频率的升高，误差也不可避免加大。

关于dds的误差，我和ba6bf曾有过一段讨论，大家可以搜索一下。

此外，测量仪器的预热也非常重要，一般进行精确测量前，都要求所有的仪器设备至少要开机预热10分钟以上。

我目前在使用的一个dds套件，从冷态开机到正常工作，大约有150hz左右的偏差（成品测量频率计和dds先在热稳定工作状态下校准好，过几天后先预热成品测量频率计，完成预热后再开dds测量），连续工作中的dds偏差在15hz以内，（不知道是dds飘还是成品测量频率计本身飘了！）

我想我要阐述的问题已经说完了。最近带学生论文，晕头晕脑的，大家别怪我八股哦～～

欢迎大家拍砖！

7rc辛苦了！！！
我详细看过程序，编得不是很简洁，不过效果绝对是一流的！！！