基于凌陽SPCE061A的頻率測量計
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1 引言
頻率是反映信號特性的基本參量之一，頻率測量在應(yīng)用電子技術(shù)領(lǐng)域有著重要的地位。測量的數(shù)字化、智能化是當(dāng)前測量技術(shù)發(fā)展的趨勢。數(shù)字化處理技術(shù)使得測量儀器設(shè)備功能完美，但數(shù)字處理的實時性受到處理速度的限制，實時測量對電路的處理速度要求越來越高，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)字語音領(lǐng)域的凌陽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的時鐘工作頻率，相對于通用的51系列、96系列等單片機，無疑有更佳的性能。特別是SPCE061A內(nèi)置32k字FLASH存儲器、多時基選擇定時器、兩路D/A轉(zhuǎn)換器和一路A/D轉(zhuǎn)換器，使他在便攜式測量儀器中應(yīng)用更有前景。
2 硬件資源配置
該頻率計能測量1Hz-20MHz以上頻率的脈沖信號，具有較寬的測量范圍，最高輸出4位有效顯示值，采用4位BCD七段顯示碼動態(tài)掃描輸出。其工作框圖見圖1。圖中顯示部分采用數(shù)碼管需增加驅(qū)動電路擴大驅(qū)動電流，用以保護SPCEA061A。
設(shè)置SPCEA061A的工作時鐘頻率fCPU=fOC=24.576MHz為。利用定時器B（TimerB）定時時間作為頻率測量的時基，定時1S，100ms，10ms，1ms，0.1ms五檔的脈沖計數(shù)時間，定時器B的時鐘源和預(yù)置寄存器載入數(shù)據(jù)見標(biāo)表1，考慮程序工作存在延時存在計數(shù)誤差，高檔位的預(yù)置寄存器數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整校準(zhǔn)。定時器A（TimerA）10ms、作為頻率測量計數(shù)器，被測信號從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。IOA8-IOA10分別輸出Hz，kHz，MHz測量單位指示。IOA12-IOA15為動態(tài)掃描輸出端口，循環(huán)選擇4位數(shù)碼管，此時A口的低8位IOA0-IOA7輸出對應(yīng)數(shù)字的BCD七段顯示碼。顯示碼輸出采用中斷
3 測量處理流程
頻率測量的控制和數(shù)據(jù)處理由SPCE061A通過程序完成，圖2為主程序的流程圖。
對單片機進(jìn)行初始化開始頻率測量，首先對測量結(jié)果進(jìn)行判斷當(dāng)前的測量量程是否合適；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)測量結(jié)果的判斷依次增加（超量程）和減少（欠量程）測量時間檔位，并設(shè)置數(shù)據(jù)相應(yīng)的小數(shù)點位置和單位。對量程合適（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)點顯示位和單位指示位形成顯示碼。
顯示數(shù)據(jù)刷新時間是顯示結(jié)果更新的時間間隔。為了能較好地觀測到穩(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)。通過對IRQ4的1024Hz中斷響應(yīng)進(jìn)行計數(shù)5000次可獲得約0.5s的顯示數(shù)據(jù)刷新時間。在內(nèi)部RAM中開辟兩個顯示碼存儲緩沖區(qū)，一個用于存儲當(dāng)前正在譯碼的顯示碼，一個用于存儲正在輸出的顯示碼。查詢顯示數(shù)據(jù)刷新時間寄存計數(shù)器，當(dāng)刷新時間到時，只要互換2個顯示碼存儲緩沖區(qū)的首地址就能達(dá)到1個指令就能更換多個數(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)后接著啟動計數(shù)器TimerA和TimerB進(jìn)行下一次的測量，頻率計每約0.5s測量一次，避免在高頻測量時由于測量時間短而造成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，自動設(shè)置停止計數(shù)，等待啟動狀態(tài)。
SPCE061A有豐富的中斷源，本系統(tǒng)使用了3個中斷源：FIQ_TMA，F(xiàn)IQ_TMB和_IRQ4。FIQ用于頻率測量，_IRQ4用于動態(tài)掃描顯示。
圖3所示為頻率計數(shù)測量FIQ中斷處理程序流程圖。
FIQ有3個中斷源，除FIQ_TMA和FIQ_TMB外，還有FIQ_PWM，若產(chǎn)生中斷，壓棧后采用查詢的方式確定中斷源。為FIQ_TMA中斷，表明計數(shù)值大于216-1，肯定超量程，設(shè)置1個超量程值50000作為計數(shù)結(jié)果，并停止計數(shù)器計數(shù)。為FIQ_TMB中斷，為頻率測量定時時間到，停止計數(shù)器計數(shù)。最后讀出測量結(jié)果，解除中斷出棧返回。圖4為動態(tài)掃描顯示IRQ4中斷處理程序流程圖。
IRQ4有3個4實時時基中斷源：4069Hz，2048Hz和1024Hz，選用1024Hz作為動態(tài)掃描頻率。中斷響應(yīng)后，首先壓棧保護，再判斷是否為1024Hz時基中斷，否則，清除中斷出棧返回。若為1024Hz時基中斷，先對顯示數(shù)據(jù)刷新計數(shù)寄存器累加1，完成0.5s的定時計數(shù)。取出當(dāng)前顯示碼輸出緩沖區(qū)首地址，修改循環(huán)顯示位計數(shù)器。輸出顯示碼和顯示位碼。為了數(shù)碼顯示清晰，IOA口數(shù)據(jù)修改分三步完成：先清除IOA口數(shù)據(jù)，使數(shù)碼管熄滅，再輸出顯示碼，最后輸出顯示位碼。
4 結(jié) 語
該頻率計的硬件電路簡單，容易制作。對SPCE061A加上必要的典型外圍電路就可工作，需要接入的電路有：32768的晶體振蕩電路、鎖相環(huán)濾波電路、復(fù)位電路和必要的濾波電路。電路可用3V供電。在對SPCE061A進(jìn)行初始化時，把不用的端口設(shè)置為懸浮輸入方式，并注意屏蔽其功能。SPCE061A內(nèi)含看門狗計數(shù)器（Watch Dog），WatchDog的清除時間為0.75s，在主程序的循環(huán)內(nèi)必須清除。
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