基于凌陽(yáng)SP-CEA061A單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì)方案

1 引言

頻率是反映信號(hào)特性的基本參量之一，頻率測(cè)量在應(yīng)用電子技術(shù)領(lǐng)域有著重要的地位，數(shù)字化處理技術(shù)使得測(cè)量?jī)x器設(shè)備功能完美，但數(shù)字處理的實(shí)時(shí)性受到處理速度的限制，實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)電路的處理速度要求越來(lái)越高，目前的微控處理芯片發(fā)展速度，出現(xiàn)諸如DSP，F(xiàn)PJA等不同領(lǐng)域的應(yīng)用芯片。

作為主要應(yīng)用于數(shù)字語(yǔ)音領(lǐng)域的凌陽(yáng)SP-CEA061A，有著豐富的硬件資源、可低于3V的工作電壓、較低的功耗和高達(dá)約50MHz的時(shí)鐘工作頻率，相對(duì)于通用的51系列、96系列等單片機(jī)，無(wú)疑有更佳的性能。特別是SPCE061A內(nèi)置32k字FLASH存儲(chǔ)器、多時(shí)基選擇定時(shí)器、兩路D/A轉(zhuǎn)換器和一路A/D轉(zhuǎn)換器，使他在便攜式測(cè)量?jī)x器中應(yīng)用更有前景。

2 硬件資源配置

該頻率計(jì)能測(cè)量1Hz-20MHz以上頻率的脈沖信號(hào)，具有較寬的測(cè)量范圍，最高輸出4位有效顯示值，采用4位BCD七段顯示碼動(dòng)態(tài)掃描輸出。其工作框圖見(jiàn)圖1。圖中顯示部分采用數(shù)碼管需增加驅(qū)動(dòng)電路擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流，用以保護(hù)SPCEA061A。

設(shè)置SPCEA061A的工作時(shí)鐘頻率fCPU=fOC=24.576MHz為。利用定時(shí)器B（TimerB）定時(shí)時(shí)間作為頻率測(cè)量的時(shí)基，定時(shí)1S，100ms，10ms，1ms，0.1ms五檔的脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間，定時(shí)器B的時(shí)鐘源和預(yù)置寄存器載入數(shù)據(jù)見(jiàn)標(biāo)表1，考慮程序工作存在延時(shí)存在計(jì)數(shù)誤差，高檔位的預(yù)置寄存器數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整校準(zhǔn)。定時(shí)器A（TimerA）10ms、作為頻率測(cè)量計(jì)數(shù)器，被測(cè)信號(hào)從SPCEA061A的I/O端口B口的IOB2輸入。TimerA和TimerB采用FIQ中斷工作模式。

設(shè)置I/O端口A口的低7位IOA0-IOA6輸出BCD七段顯示碼，IOA7輸出小數(shù)點(diǎn)。IOA8-IOA10分別輸出Hz，kHz，MHz測(cè)量單位指示。IOA12-IOA15為動(dòng)態(tài)掃描輸出端口，循環(huán)選擇4位數(shù)碼管，此時(shí)A口的低8位IOA0-IOA7輸出對(duì)應(yīng)數(shù)字的BCD七段顯示碼。顯示碼輸出采用中斷

3 測(cè)量處理流程

頻率測(cè)量的控制和數(shù)據(jù)處理由SPCE061A通過(guò)程序完成，圖2為主程序的流程圖。

對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化開(kāi)始頻率測(cè)量，首先對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷當(dāng)前的測(cè)量量程是否合適；4位顯示數(shù)據(jù)范圍是1000-9999，大于9999判斷為超量程，而小于1000為欠量程；根據(jù)測(cè)量結(jié)果的判斷依次增加（超量程）和減少（欠量程）測(cè)量時(shí)間檔位，并設(shè)置數(shù)據(jù)相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)位置和單位。對(duì)量程合適（1000-9999范圍）的結(jié)果進(jìn)行二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換并譯碼成七段顯示碼，加入小數(shù)點(diǎn)顯示位和單位指示位形成顯示碼。

顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)間是顯示結(jié)果更新的時(shí)間間隔。為了能較好地觀測(cè)到穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，一般設(shè)為0.5s左右更新顯示數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)IRQ4的1024Hz中斷響應(yīng)進(jìn)行計(jì)數(shù)5000次可獲得約0.5s的顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)間。在內(nèi)部RAM中開(kāi)辟兩個(gè)顯示碼存儲(chǔ)緩沖區(qū)，一個(gè)用于存儲(chǔ)當(dāng)前正在譯碼的顯示碼，一個(gè)用于存儲(chǔ)正在輸出的顯示碼。查詢顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)間寄存計(jì)數(shù)器，當(dāng)刷新時(shí)間到時(shí)，只要互換2個(gè)顯示碼存儲(chǔ)緩沖區(qū)的首地址就能達(dá)到1個(gè)指令就能更換多個(gè)數(shù)據(jù)的目的，避免由于中斷而造成顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的狀況。更換完顯示數(shù)據(jù)后接著啟動(dòng)計(jì)數(shù)器TimerA和TimerB進(jìn)行下一次的測(cè)量，頻率計(jì)每約0.5s測(cè)量一次，避免在高頻測(cè)量時(shí)由于測(cè)量時(shí)間短而造成TimerA和TimerB頻率中斷占用系統(tǒng)資源。TimerA和TimerB在FIQ中斷處理程序中，自動(dòng)設(shè)置停止計(jì)數(shù)，等待啟動(dòng)狀態(tài)。

SPCE061A有豐富的中斷源，本系統(tǒng)使用了3個(gè)中斷源：FIQ_TMA，F(xiàn)IQ_TMB和_IRQ4。FIQ用于頻率測(cè)量，_IRQ4用于動(dòng)態(tài)掃描顯示。

圖3所示為頻率計(jì)數(shù)測(cè)量FIQ中斷處理程序流程圖。