频率是指周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数，测量频率的仪器叫频率计。这一讲的实验主要介绍怎样用ATmega8和LCD1602液晶显示器组成数字频率计，频率测量范围为1Hz～4MHz，通过实验和学习使大家掌握ATmega8的定时器／计数器的功能和基本使用方法。
一、频率测量原理
频率测量有计数法和测量周期法这两种方法。计数法是在一定时间间隔T内计得信号重复变化的次数N，根据公式f=N／T就可以计算出频率，为了方便时间间隔T通常取1s，这样计数的结果就是频率；测量周期法是先测量信号的周期，再根据公式f=1／T即可计算出频率。上述两种测量方法各有优劣，为了提高测量精度，一般当信号频率较高采用计数法测量，而当频率较低时，由于计数法有±1的误差，这会引起较大的相对误差，因此在这种情况下就要采用测量周期法。本文为了简便只介绍计数法一种方法。
二、ATmega8的定时器 ／ 计数器
ATmega8单片机有3个定时器／计数器：两个8位的T／C0和T／C2，一个16位的T／C1。和51系列单片机不同的是这些定时器／计数器除有通常的定时和计数功能外，还具有捕捉、比较、PWM输出和实时时钟计数等功能。本文的实验中只用到T／CO和T／C1的计数和定时功能。
下面就案例编程中要用到的有关知识对T／CO和T／C1的有关功能进行介绍，读者在学习时参照配套程序的相关内容可加深理解。
1.8位的定时器／计数器T／C0
T／CO和T／C1都可以独立的通过预分频器将单片机的时钟频率分频后得到时钟源，也可从外部引脚输入时钟源。预分频器结构见下图。
(1)T／C0控制寄存器TCCR0
TCCR0的定义见下表。
TCCR0中的CS02～CS00这三个标志位用于选择时钟源，即确定预分频器的分频系数，默认值为0，其定义见下表。当选择使用外部时钟源时，在TO引脚上的逻辑电平的变化会驱动T／C0计数，这个特性使用户能通过软件来控制计数。
(2)T／C0计数寄存器TCNT0
TCNT0是8位寄存器，其初始值为0x00，能直接进行读写访问，是T／CO的计数值寄存器。
(3)T／C0r扣断屏蔽寄存器TIMSK
TIMSK的定义见上表。TOIE0是T／CO溢出中断允许标志位(TOIE1是T／C1溢出中断允许标志位)，当TOIE0被设为1，且状态寄存器SREG中的全局中断允许I位被设为1时，将使能T／C0溢出中断，若T／C0发生溢出时(TOV0=1)，则执行T／CO溢出中断服务程序。
(4)T／C0中断标志寄存器TIFR
当T／CO产生溢出时，TOV0=1位被设置为1。当单片机转入执行T／CO溢出中断服务程序时，TOV0由硬件自动清零。
T／CO对每一个时钟CKT0加一计数，CKT0的来源由标志位CS02～CS00设定，当T／CO选择内部时钟源时，可用来作定时器;当选择从T0脚输入的脉冲信号作信号源时，可用来当计数器。一旦寄存器TCNT0的计数值达到0xFF时，下一个计数脉冲到来时便恢复为0x00，并继续向上开始计数。在TCNT0为0x00的同时，置溢出标志位TOV0为1，申请中断。当T／CO选择内部时钟源时，可用来作定时器，当选择从TO脚输入的脉冲信号作信号源时，可用来当计数器。在T／CO作定时器时，可以通过设置TCNTO的初始值和标志位CS02～CS00设定分频系数来设定定时时间。
2.16位的定时器／计数器T／CI
T／C1的中断屏蔽寄存器TIMSK、中断标志寄存器TIFR和T／CO使用同一个寄存器，有关标志位TOIE1、TOV1的定义和T／CO相应标志位的定义相同。T／C1除了具有T／CO的功能外，还有一些特殊的功能。
T／C1的控制寄存器有两个：TCCR1A和TCCR1B，TCCR1A主要用于T／C1的输出比较和PWM功能设定。TCCR1B主要用于T／C1输入捕获和时钟分频系数设定，TCCR1B的定义见下表。
由于T／C1的时钟源与T／CO的时钟源相同，因此标志位CS12～CS10和T／CO的标志位CS02～CS00的定义方法相同。
因为T／C1是16位定时器／计数器，因此T／C1的计数寄存器由TCNTIH并HTCNTIL这两个8位寄存器组成，TCNT1H存储高8位，TCNTIL存储低8位。TCNTIH和TCNT1L的初始值均为0x00，能直接进行读写访问。
T／C1用来作定时器、计数器的方法和T／CO相似。
三．数字频率计实验
1．实验电路
数字频率计主要由单片机ATmega8和液晶显示器LCD1602组成，采用七位数码显示。实验板上与数字频率计有关的电路部分见下图，脉冲信号通过Jl输入ATmega8的T1脚，频率测量结果通过LCD1602显示。
2．程序设计
程序有主函数、初始化函数、T／CO中断函数、T／C1中断函数、计数值处理函数、LCD显示函数和延时函数等部分组成。
程序中T／CO作定时器，定时时间为1秒。T／C1作计数器，记录由T1脚输入的的脉冲数。初始化函数中关于定时器／计数器设置的语句如下：
TCCR0=0x05；／／T／C0工作于定时方式，内部1024分频
TCCRIB=0x06；／／T／C1工作于计数方式，外部下降沿触发SREG=0x80；//开中断TIMSK=0x05；／／T／C0、P／C1中断允许
TCNT0=4；／／T／C0计数器初始值结合前面的内容就很容易搞清楚这些语句的含义。T／C1中断函数如下：
#pragma interrupt_andler
Timer1_0vf：9
void Timer1—ovf(void)
{n++；}
上面程序第一行中的数字9是中断向量，一旦T／C1的计数寄存器的计数值达到0xFFFF时，即申请中断通过中断向量转移到执行此中断函数。由于T／C1中断一次最多要输入65535(即0xFFFF)个脉冲，如果仅用它作为计数器，能记录的脉冲数最多只有65535个，也就是说用1秒作为计时单位能测量的最高频率为65535Hz。为了解决这一问题引进一个计数变量n，使得T／C1每中断一次n的值都加1，这样每过1s只要计算65535×n+T／C1的计数寄存器计数值就能得到脉冲信号的频率了。
T／C1根据程序的设定在T1的下降沿对外部脉冲信号进行采样，为了确保对外部时钟的正确采样，要保持外部信号的转换时间至少为一个时钟周期。因此对于ATmega8的时钟频率为8MHz，假设输入的脉冲信号为方波，则能测量的最高频率为4MHz。 T／C0中断函数如下：
#pragma interrupt_handler
Timer0_ovf：10
void TimerO_ovf(void)
{
TCNT0=4；
k++：
if(k==31)／／若计时满1s
{
uint m：
UNSigned long f；
k=0；
m=TCNTIL；
m=(TCNT1H<<8)+m； ／／取
T／C1 n次计数后计数的尾数
TCNT1H=O：
TCNT1L=0：
f：(unsigned long)
65536*n+m；／／取频率值
Process(f，Data)； ／／
计数值处理
Display(0，0，Data); ／
/显示
n=O：
}
}
这一段程序主要有两个功能：一是作1秒钟定时器，二是进行数值计算并调用显示函数显示频率。
实验板上ATmega8的时钟频率为8MHz，一个时钟周期只有0.125μs，T／C0计数寄存器TCNT0计满256(即0xFF)个脉冲的时间也只有3.2ms，达不到1s定时的要求，为此采取两个措施解决这一问题，一是通过对标志值CS02～CS00的设置将时钟信号进行1024分频后再作为计数脉冲，从而延长脉冲周期；二是引入变量k对T／CO的中断次数进行计数，使得T／CO每中断一次k的值加1，这样总的延时时间为T／CO的定时时间和k的积。通过计算，我们取TCNT0的初始值为4，即TCNT0计满242个就产生一次中断，当k累加到31时所需的时间约为1s，即(1024／8000000)×252×31=0.999936(s)≈ls，因此每过1s(即k累加到31)读一次总的脉冲数即可得到脉冲信号的频率。
