基于TMS320F2812DSP的測(cè)頻方法的數(shù)字頻率計(jì)的方案設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2012-04-03 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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本文給出一種基于TMS320F2812(簡(jiǎn)稱F2812)DSP的一種簡(jiǎn)易測(cè)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(cè)信號(hào)的有效電平跳變沿捕獲計(jì)數(shù)，電路實(shí)現(xiàn)多靠軟件設(shè)置，運(yùn)算簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，測(cè)量精度高。

　　1 測(cè)量方法

　　常用的測(cè)頻方法主要有直接測(cè)頻法、直接測(cè)周法以及多周期測(cè)量法。直接測(cè)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(cè)周法則恰恰相反。多周期測(cè)量法是將被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)分別輸入到兩個(gè)計(jì)數(shù)器，其實(shí)際閘門時(shí)間不是固定值，而是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，因此消除了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)產(chǎn)生的±1 Hz的計(jì)數(shù)誤差，其精度僅與閘門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)。因此本設(shè)計(jì)采用多周期測(cè)量法作為具體的實(shí)施方案。

　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　硬件系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。被測(cè)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)限幅放大、直流偏置、整形電路，變換為0～3．3 V的方波信號(hào)，然后再進(jìn)入DSP，利用其定時(shí)器和捕獲單元實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量。測(cè)量完成后，一方面可由鍵盤設(shè)置相關(guān)參數(shù)通過(guò)LCD顯示測(cè)量結(jié)果，另一方面可通過(guò)RS一232傳送給PC機(jī)顯示測(cè)量結(jié)果。另外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，增加了一個(gè)自我校準(zhǔn)電路，即在測(cè)量之前，可通過(guò)軟件設(shè)置產(chǎn)生1 MHz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端，檢測(cè)測(cè)量結(jié)果是否正確，從而達(dá)到自我校準(zhǔn)的目的。

　　本設(shè)計(jì)選用美國(guó)德州儀器公司(TI)的TMS320F2812DSP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(yùn)算速度快，工作時(shí)鐘頻率達(dá)150 MHz，指令周期可以達(dá)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(qiáng)大的操作能力；外圍設(shè)備包括3個(gè)32位的CPU定時(shí)器，16通道的12位A／D轉(zhuǎn)換器，串行外圍接口(SPI)，2個(gè)串行通信接口(SCI)等。其片內(nèi)外設(shè)時(shí)間管理器含有2個(gè)模塊(EVA和EVB)，每個(gè)模塊都包括2個(gè)通用定時(shí)器，3個(gè)全比較／PWM單元，3個(gè)捕獲單元和 1個(gè)正交編碼脈沖電路。本設(shè)計(jì)主要利用EVA中的2個(gè)通用定時(shí)器(T1和T2)，2個(gè)捕獲單元(CAPl和CAP3)，EVB中的1個(gè)通用定時(shí)器 (T3)。具體測(cè)量原理如圖2所示。

　　首先設(shè)定T3比較值(預(yù)置閘門時(shí)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(gè)整周期的被測(cè)信號(hào)時(shí)即可產(chǎn)生比較輸出，同時(shí)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(shí)結(jié)束，借助于D觸發(fā)器在被測(cè)信號(hào)的下一個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，切斷T1的比較輸出，同時(shí)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(jì)算頻率，禁止T1、T2、CAPl和CAP3。頻率計(jì)算公式為：

　　注意：CAPl的捕獲時(shí)基為T2，CAP3的捕獲時(shí)基為T1，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)為150 MHz時(shí)鐘頻率的8分頻。

　　2．2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　主監(jiān)控程序是整個(gè)軟件系統(tǒng)的總調(diào)度程序，它控制著程序的有序運(yùn)行。系統(tǒng)在上電或復(fù)位后，主程序先調(diào)用各模塊的初始化子程序，主要包括GPIO初始化、PIE初始化、EV初始化和SCI初始化。系統(tǒng)初始化完成之后，主程序啟動(dòng)CPU_Timer0，使能 T1、T2的上溢中斷，啟動(dòng)CAPl，設(shè)置T1的比較值為1，等待T1CINT置位，開(kāi)始測(cè)量頻率。為減小測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，所測(cè)結(jié)果均取平均值。利用CPU_Timer0產(chǎn)生一定的時(shí)間段(O．6s)。該時(shí)段結(jié)束后(CPU_TimerO中斷標(biāo)志位置位)，即對(duì)該段時(shí)間段內(nèi)記錄的測(cè)量結(jié)果求均值。此時(shí)，如果查詢到上位機(jī)發(fā)出接收請(qǐng)求，則傳送相應(yīng)數(shù)據(jù)至PC顯示。然，后，重新初始化定時(shí)器和捕獲單元，進(jìn)入下一輪測(cè)量。主監(jiān)控程序流程如圖3所示。