基于DSP2812設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)

　　采用TMS320F2812 DSP芯片為控制單元，在無(wú)需任何門(mén)控器件控制的情況下，利用DSP 2812豐富的軟件資源實(shí)現(xiàn)了等精度測(cè)量。根據(jù)每個(gè)門(mén)閘時(shí)間內(nèi)高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)與已知被測(cè)信號(hào)的個(gè)數(shù)，求得被測(cè)信號(hào)頻率，再通過(guò)多次平均得到最終結(jié)果。

　　* 本作品獲得2008年德州儀器(TI) C2000 DSP大獎(jiǎng)賽命題組一等獎(jiǎng)，并得到合肥工業(yè)大學(xué)2008年大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的資助

　　作品的意義與概況

　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 各種電子測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化, 特別是DSP技術(shù)誕生以后，電子測(cè)量技術(shù)更是邁進(jìn)了一個(gè)全新的時(shí)代。近年來(lái)，DSP逐漸成為各種電子器件的基礎(chǔ)器件，逐漸成為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ某?yáng)行業(yè)，甚至被譽(yù)為信息化數(shù)字化時(shí)代革命旗手。在電子測(cè)量技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，它與許多電參量和非電量的測(cè)量都有著十分密切的關(guān)系。例如，許多傳感器就是將一些非電量轉(zhuǎn)換成頻率來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號(hào)。

　　數(shù)字頻率計(jì)廣泛采用了高速集成電路和大規(guī)模集成電路，使得儀器的體積更小、耗電更少、精度和可靠性更高。而傳統(tǒng)的頻率計(jì)測(cè)量誤差較大，范圍也較窄，因此逐漸被新型的數(shù)字頻率計(jì)所代替。基于DSP的等精度頻率計(jì)以其測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、方便、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)將得到廣泛的應(yīng)用。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)在未采用任何門(mén)控器件控制的情況下，在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了等精度頻率測(cè)量，0.5Hz~10MHz的范圍內(nèi)測(cè)量方波的最大相對(duì)誤差小于2e-6，測(cè)量正弦波的最大相對(duì)誤差小于3.5e-5；結(jié)果通過(guò)RS232通訊顯示在計(jì)算機(jī)上，可以很方便地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　方案設(shè)計(jì)

　　總體介紹

　　傳統(tǒng)的等精度測(cè)頻法使用門(mén)控器件產(chǎn)生門(mén)控信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際門(mén)閘信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同步，消除對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的一個(gè)脈沖的誤差，其原理圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的等精度測(cè)量原理

　　由硬件控制計(jì)數(shù)的門(mén)閘時(shí)間，當(dāng)預(yù)置們信號(hào)(即定閘門(mén)信號(hào))為高電平時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)器CNT1和被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)器CNT2并不啟動(dòng)，而是等被測(cè)信號(hào)的上升沿來(lái)到時(shí)才同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)預(yù)置們信號(hào)為低電平時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器并不馬上關(guān)閉，同樣要等到被測(cè)信號(hào)上升沿來(lái)到后再關(guān)閉；于是，實(shí)際閘門(mén)時(shí)間就是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，從而實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)與被測(cè)信號(hào)的同步。但是，實(shí)際的門(mén)閘時(shí)間并不固定，與被測(cè)信號(hào)的頻率有關(guān)。此外，無(wú)論是采用計(jì)數(shù)器還是單片機(jī)，在實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量時(shí)總是離不開(kāi)門(mén)控器件。

　　本設(shè)計(jì)基于DSP豐富的軟件資源，經(jīng)過(guò)判斷和處理，完成了對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率的等精度測(cè)量。硬件上無(wú)需任何門(mén)控器件，簡(jiǎn)化了電路。系統(tǒng)框圖如圖2所示，信號(hào)處理部分以TMS320F2812 DSP芯片作為控制和測(cè)量的核心；信號(hào)調(diào)理部分主要是完成對(duì)信號(hào)的放大、整形和限幅；標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)由30MHz有源晶振產(chǎn)生，作為高頻標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖；通過(guò)DSP的SCI模塊與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，結(jié)果顯示在上位機(jī)上。

圖2 系統(tǒng)框圖

　　頻率/周期測(cè)量

　　在對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率和周期的測(cè)量中，等精度測(cè)量是基于DSP比較匹配時(shí)T1PWM引腳輸出電平的跳變作為門(mén)閘信號(hào)的開(kāi)啟和關(guān)閉，由于比較匹配發(fā)生在被測(cè)信號(hào)的上升沿，從而實(shí)現(xiàn)了門(mén)閘時(shí)間與被測(cè)信號(hào)的同步。原理圖如圖3所示。