基于Arduino UNO的精准频率与占空比测量

元器件与物料

• Arduino UNO × 1
• 字母数字LCD，20×4 × 1

必需工具与设备

• 面包板，270孔 × 1

应用与在线服务

• Arduino IDE

项目简介

Arduino应用广泛，涉足测量领域：电量（电压、电流、功率等）、物理量（温度、湿度、光照强度、湿度等）、电子元件参数等。

本文演示如何利用Arduino测量脉冲频率与占空比。频率测量在通信领域至关重要。占空比亦为关键参数，反映脉冲宽度占比——即脉冲导通时间。直流电机调速、舵机角度控制需测量脉冲宽度；数字信号接收机、中继器等应用需检查脉冲对称性亦需测量脉冲宽度。下面看如何用Arduino测量脉冲频率与占空比。本项目中，Arduino测量频率、导通时间、关断时间与占空比，并在16×4 LCD显示。

电路说明：

电路仅含两大元件：(1) Arduino UNO开发板 (2) 16×4 LCD显示屏

• 脉冲直接输入Arduino数字引脚7
• LCD的Rs、En引脚分别接Arduino数字引脚9、8；Rw接地
• 数据引脚D4-D7接Arduino引脚10、11、12、13
• LCD背光阳极（引脚15）与Vcc（引脚2）经Arduino板供5V
• 背光阴极（引脚16）与Vss（引脚1）接地
• 1K电位器接Vee引脚调节LCD对比度

电路工作原理：

• Arduino通过USB供电后，LCD四行显示“Freq:”、“Ton:”、“Toff:”、“Duty:”
• 脉冲输入引脚7时，Arduino先等待脉冲变高。变高后计算脉冲保持高电平的时间（微秒），即Ton
• 随后计算脉冲保持低电平时间（微秒），即Toff
• 将两时间相加得总周期
• 频率计算：Frequency = 1 / 周期
• 占空比计算：Duty = Ton / (Ton + Toff)
• 在LCD显示四参数
• 1秒后重复上述过程，持续监测频率与占空比变化

代码

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 9, 10, 11, 12, 13);
#define pulse_ip 7
int ontime, offtime, duty;
float freq, period;

void setup() {
  pinMode(pulse_ip, INPUT);
  lcd.begin(16, 4);
  lcd.clear();
  lcd.print("Freq:");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Ton:");
  lcd.setCursor(0,2);
  lcd.print("Toff:");
  lcd.setCursor(0,3);
  lcd.print("Duty:");
}

void loop() {
  ontime = pulseIn(pulse_ip, HIGH);
  offtime = pulseIn(pulse_ip, LOW);
  period = ontime + offtime;
  freq = 1000000.0 / period;
  duty = (ontime / period) * 100;
  lcd.setCursor(4,1);
  lcd.print(ontime);
  lcd.print("us");
  lcd.setCursor(5,2);
  lcd.print(offtime);
  lcd.print("us");
  lcd.setCursor(5,0);
  lcd.print(freq);
  lcd.print("Hz");
  lcd.setCursor(6,3);
  lcd.print(duty);
  lcd.print('%');
  delay(1000);
}

原理图

电路测量脉冲频率与占空比，使用Arduino