基于TMS320F2812的數(shù)字頻率計的設(shè)計
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頻率是指某周期現(xiàn)象在單位時間內(nèi)所重復(fù)的次數(shù)，它與時間在數(shù)學(xué)上互為倒數(shù)。時間頻率的精確測量促進了科學(xué)的發(fā)展，而科學(xué)的發(fā)展又反過來把時間頻率的測量提高到新的高度。特別在最近的幾十年里，頻率和時間的測量精度已達到非常高的水平，即已遠遠超過其他所有物理量的測量精度。它主要的應(yīng)用領(lǐng)域有導(dǎo)航和通信兩大類，以及空間技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、交通、科學(xué)研究及天文學(xué)與計量學(xué)方面。
為了適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的要求，新型的頻率計中都使用了單片機進行數(shù)據(jù)處理，這樣，由軟件代替了復(fù)雜的硬件電路，使儀器的結(jié)構(gòu)簡化，功能增強。本文給出一種基于TMS320F2812(簡稱F2812)DSP的一種簡易測頻方法。該方法有效利用F2812的片內(nèi)外設(shè)事件管理器的捕獲功能，在被測信號的有效電平跳變沿捕獲計數(shù)，電路實現(xiàn)多靠軟件設(shè)置，運算簡單，實時性好，測量精度高。
1 測量方法
常用的測頻方法主要有直接測頻法、直接測周法以及多周期測量法。直接測頻法雖在高頻段的精度較高，但在低頻段的精度較低，直接測周法則恰恰相反。多周期測量法是將被測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號分別輸入到兩個計數(shù)器，其實際閘門時間不是固定值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，因此消除了對被測信號計數(shù)時產(chǎn)生的±1 Hz的計數(shù)誤差，其精度僅與閘門時間和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)。因此本設(shè)計采用多周期測量法作為具體的實施方案。
2 系統(tǒng)的設(shè)計
2．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
硬件系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。被測信號首先經(jīng)過限幅放大、直流偏置、整形電路，變換為0～3．3 V的方波信號，然后再進入DSP，利用其定時器和捕獲單元實現(xiàn)頻率的測量。測量完成后，一方面可由鍵盤設(shè)置相關(guān)參數(shù)通過LCD顯示測量結(jié)果，另一方面可通過RS一232傳送給PC機顯示測量結(jié)果。另外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，增加了一個自我校準(zhǔn)電路，即在測量之前，可通過軟件設(shè)置產(chǎn)生1 MHz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，送到信號調(diào)理模塊的輸入端，檢測測量結(jié)果是否正確，從而達到自我校準(zhǔn)的目的。
本設(shè)計選用美國德州儀器公司(TI)的F2812 DSP作為核心處理單元。F2812是TI公司近幾年推出的高速、高精度的工業(yè)控制DSP芯片。它運算速度快，工作時鐘頻率達150 MHz，指令周期可以達到6．67 ns以內(nèi)，低功耗(核心電壓1．8 V，I／O口電壓3．3 V)。它采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有強大的操作能力；外圍設(shè)備包括3個32位的CPU定時器，16通道的12位A／D轉(zhuǎn)換器，串行外圍接口(SPI)，2個串行通信接口(SCI)等。其片內(nèi)外設(shè)時間管理器含有2個模塊(EVA和EVB)，每個模塊都包括2個通用定時器，3個全比較／PWM單元，3個捕獲單元和1個正交編碼脈沖電路。本設(shè)計主要利用EVA中的2個通用定時器(T1和T2)，2個捕獲單元(CAPl和CAP3)，EVB中的1個通用定時器(T3)。具體測量原理如圖2所示。
首先設(shè)定T3比較值(預(yù)置閘門時間為0．012 8 s)，設(shè)定T1的比較值為1，使能CAPl。然后使能T1，當(dāng)其接收到一個整周期的被測信號時即可產(chǎn)生比較輸出，同時產(chǎn)生比較中斷，讀取CAPl的棧值(即T2的初值t2_1)，清T1、T2上溢次數(shù)，使能CAP3和T3。最后當(dāng)T3定時結(jié)束，借助于D觸發(fā)器在被測信號的下一個上升沿到來時，切斷T1的比較輸出，同時PDPINTA將被置位，然后記錄T1和T2的上溢次數(shù)tlofcount、t2ofcount，讀取CAPl的棧值(即T2的末值t2_2)和CAP3的棧值(即T1的末值tl_2)。由所得數(shù)據(jù)計算頻率，禁止T1、T2、CAPl和CAP3。頻率計算公式為：
注意：CAPl的捕獲時基為T2，CAP3的捕獲時基為T1，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號為150 MHz時鐘頻率的8分頻。
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