基于双定时器的自适应高精度频率测量算法

本文基于职业本科培养高素质高层次技术技能人才要求，以学科竞赛——蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛为导向，赛教融合，在对单片机类课程教学改革过程中，分析历年蓝桥杯“单片机设计与开发”真题，提出了信号频率测量方法——双定时器自适应高精度频率测量法。双定时器信号频率测量法避免了使用外部中断(频率测量法)频繁打断CPU运行的缺陷，根据被测信号频率大小自适应选择双定时器测频法还是测周法，提高信号在低频领域和高频领域的频率测量精度。

2022 年3 月22 日，中国高等教育学会高校竞赛评估与管理体系研究工作组发布2021 年全国普通高校大学生竞赛排行榜中，蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛已经连续3 年成功上榜，是高校教育教学改革和创新人才培养的重要竞赛项目， 持续有力支撑综合测评、奖学金评定、升学考研、工作就业。

蓝桥杯大赛由工业和信息化部人才交流中心主办、面向全国高校大学生的IT类学科竞赛， 坚持以“立足行业，突出实践，广泛参与，促进就业”为宗旨，围绕当前社会发展急需的信息技术专业重点领域， 进行高校青年学子专业IT 技能及创新能力的培养[1]。

竞赛项目“单片机设计与开发”是蓝桥杯的一项主要竞赛类别，主要考核参赛学生在规定5 个小时内，利用掌握的电子技术、传感器技术、单片机控制技术等知识点，通过嵌入式C 语言编程，实现单片机控制系统功能，是一项需要多门专业课知识交叉运用的学科竞赛，为后续学生参加全国大学生电子设计大赛打下扎实基础。

“信号频率的测量”是在第七届、第八届、第十届、第十三届蓝桥杯“单片机设计与开发”中多次出现的相关考核知识点，相关考核知识点主要是对单片机系统资源外部中断、定时器的灵活使用。本文使用蓝桥杯“单片机设计与开发”竞赛平台控制器(型号CT107D)，分析了传统定时器和外部中断实现信号频率测量的优缺点，在此基础上提出了双定时器自适应高精度频率测量算法，解决使用外部中断频率测量法频繁打断CPU 的缺陷，根据信号频率的大小自适应选择双定时器频率测量法[2] [3]。

2. 频率测量方法原理 四种信号频率测量方法及其信号频率范围如表1 所示。

Table 1. Adapted frequency of four methods of measurement 表1. 四种测量方法适应频率 方法 频率范围 定时器和外部中断测频法(固定测量时间) 高频 定时器和外部中断测周法(固定测量个数) 低频 双定时器测频法(固定测量时间) 高频 双定时器测周法(固定测量个数) 低频