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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) 收藏

3 誤差分析及測(cè)試結(jié)果
　　3．1 量化誤差
　　設(shè)被測(cè)信號(hào)的頻率為Fx，其真實(shí)值為Fxe，標(biāo)準(zhǔn)頻率為Fs，在一次測(cè)量中，預(yù)置閘門時(shí)間為T′，Tpr為實(shí)際閘門時(shí)間，被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值為Nx，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)值為Ns。
　　Fx計(jì)數(shù)的起停時(shí)間是由該信號(hào)的上升沿觸發(fā)的，在T′時(shí)間內(nèi)對(duì)Fx的計(jì)數(shù)Nx無(wú)誤差，對(duì)Fs的計(jì)數(shù)Ns假設(shè)相差N個(gè)脈沖，即|△et|≤n。
　　由于Fx／Nx=Fs／Ns，F(xiàn)xe／Nx=Fs／(Ns+△et)，根據(jù)相對(duì)誤差公式有：
　　因此可以得到以下結(jié)論：
　?、傧鄬?duì)測(cè)量誤差與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。
　?、谠龃骉′或者提高Fs，可以增大Ns，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。本設(shè)計(jì)方案中，預(yù)置閘門時(shí)間限定了最低的測(cè)量精度。
　?、壅`差分析中的n，主要由硬件切斷T1PWM所需要的時(shí)間決定，為一個(gè)小整型常數(shù)。若預(yù)置閘門時(shí)間Tpr=O．012 8 s，則
　　即使n取不為l的小整型常數(shù)，仍可以使得精度維持在十萬(wàn)分之一以內(nèi)，并且可以隨著預(yù)置閘門時(shí)間的適當(dāng)延長(zhǎng)，得到進(jìn)一步的提高。
　　3．2 測(cè)量的原理誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差
　　本測(cè)量原理類似多周期同步測(cè)量原理，主要的原理誤差來(lái)自測(cè)量即將結(jié)束時(shí)，由D觸發(fā)器產(chǎn)生低電平跳變來(lái)切斷T1PWM，從而使其產(chǎn)生由CAPl和CAP3同時(shí)捕獲上升沿的跳變。這段時(shí)間主要是由D觸發(fā)器的反應(yīng)時(shí)間決定。在測(cè)量過(guò)程中，針對(duì)這部分誤差，可以通過(guò)適當(dāng)增加預(yù)置閘門的時(shí)間來(lái)克服，同時(shí)考慮到DSP 內(nèi)部高速的時(shí)鐘頻率，這并不會(huì)明顯地增加測(cè)量耗時(shí)，但卻達(dá)到了弱化此誤差的影響、增加測(cè)量精度的目的。
　　標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為△Fs／Fs。因?yàn)榫w的穩(wěn)定度很高，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以進(jìn)行校準(zhǔn)，并且已將DSP內(nèi)部的高速時(shí)鐘頻率進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆诸l，所以相對(duì)于量化誤差，校準(zhǔn)后的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差可以忽略不計(jì)。
　　3．3 測(cè)試結(jié)果
　　用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(型號(hào)為Tektronix AFG3010；精度為O．000 1％)產(chǎn)生方波信號(hào)，用設(shè)計(jì)的頻率計(jì)測(cè)出頻率，求出誤差。本測(cè)頻系統(tǒng)的測(cè)量精度可達(dá)到O．01％。根據(jù)誤差分析可知，系統(tǒng)的最大誤差發(fā)生在預(yù)置閘門時(shí)間正好填充了整數(shù)個(gè)被測(cè)信號(hào)時(shí)，即頻率為78．125 Hz或者其整數(shù)倍時(shí)，所以選擇這些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所列。
　　4 結(jié)論
　　本文著重分析了數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案、硬件組成，以及采用Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)通信的軟件設(shè)計(jì)。特點(diǎn)有：
　?、僭陬l率測(cè)量原理方面，由于采用了多周期測(cè)量原理，消除了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)產(chǎn)生的±1個(gè)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)，克服了傳統(tǒng)的測(cè)頻法或測(cè)周法的不足，實(shí)現(xiàn)了寬量程、高精度的頻率測(cè)量。同時(shí)由于預(yù)置閘門時(shí)間的存在，保證了當(dāng)被測(cè)頻率在各頻段之間來(lái)回切換時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，跟隨性能好。
　　②在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方面，充分利用了F2812 DSP的內(nèi)部資源，即使用事件管理器中的定時(shí)器、捕獲單元完成頻率的測(cè)量；使用PWM的輸出實(shí)現(xiàn)自檢電路的設(shè)計(jì)；使用串口通信模塊完成上位機(jī)和下位機(jī)的通信。在測(cè)量結(jié)果的顯示方面利用RS232，通信協(xié)議采用Modbus協(xié)議，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)的通信，將測(cè)量結(jié)果在上位機(jī)中顯示出來(lái)。
　　本文只探討了如何對(duì)單路信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量，而對(duì)于多路信號(hào)，可先使其經(jīng)過(guò)一個(gè)與門，通過(guò)軟件判斷哪一路信號(hào)，然后再運(yùn)用本設(shè)計(jì)方法進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)這種情況所產(chǎn)生的誤差問(wèn)題還需作進(jìn)一步的探討，本文只給出初步的探索。
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