基于TMS320F2812DSP的測頻方法的數字頻率計的方案設計
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本文給出一種基于TMS320F2812(簡(jiǎn)稱(chēng)F2812)DSP的一種簡(jiǎn)易測頻方法。該方法有效利用F2812的片內外設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，電路實(shí)現多靠軟件設置，運算簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)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準信號分別輸入到兩個(gè)計數器，其實(shí)際閘門(mén)時(shí)間不是固定值，而是被測信號周期的整數倍，因此消除了對被測信號計數時(shí)產(chǎn)生的±1 Hz的計數誤差，其精度僅與閘門(mén)時(shí)間和標準頻率有關(guān)。因此本設計采用多周期測量法作為具體的實(shí)施方案。
2 系統的設計
2．1 系統的硬件設計
硬件系統總體框圖如圖1所示。被測信號首先經(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，然后再進(jìn)入DSP，利用其定時(shí)器和捕獲單元實(shí)現頻率的測量。測量完成后，一方面可由鍵盤(pán)設置相關(guān)參數通過(guò)LCD顯示測量結果，另一方面可通過(guò)RS一232傳送給PC機顯示測量結果。另外，為了提高系統的可靠性，增加了一個(gè)自我校準電路，即在測量之前，可通過(guò)軟件設置產(chǎn)生1 MHz的標準脈沖信號，送到信號調理模塊的輸入端，檢測測量結果是否正確，從而達到自我校準的目的。
本設計選用美國德州儀器公司(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。它運算速度快，工作時(shí)鐘頻率達150 MHz，指令周期可以達到6．67 ns以?xún)?，低功?核心電壓1．8 V，I／O口電壓3．3 V)。它采用哈佛總線(xiàn)結構，具有強大的操作能力；外圍設備包括3個(gè)32位的CPU定時(shí)器，16通道的12位A／D轉換器，串行外圍接口(SPI)，2個(gè)串行通信接口(SCI)等。其片內外設時(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。本設計主要利用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)。具體測量原理如圖2所示。
首先設定T3比較值(預置閘門(mén)時(shí)間為0．012 8 s)，設定T1的比較值為1，使能CAPl。然后使能T1，當其接收到一個(gè)整周期的被測信號時(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，使能CAP3和T3。最后當T3定時(shí)結束，借助于D觸發(fā)器在被測信號的下一個(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)。由所得數據計算頻率，禁止T1、T2、CAPl和CAP3。頻率計算公式為：
注意：CAPl的捕獲時(shí)基為T(mén)2，CAP3的捕獲時(shí)基為T(mén)1，標準頻率信號為150 MHz時(shí)鐘頻率的8分頻。
2．2 系統的軟件設計
主監控程序是整個(gè)軟件系統的總調度程序，它控制著(zhù)程序的有序運行。系統在上電或復位后，主程序先調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，設置T1的比較值為1，等待T1CINT置位，開(kāi)始測量頻率。為減小測量過(guò)程中產(chǎn)生的隨機誤差，所測結果均取平均值。利用CPU_Timer0產(chǎn)生一定的時(shí)間段(O．6s)。該時(shí)段結束后(CPU_TimerO中斷標志位置位)，即對該段時(shí)間段內記錄的測量結果求均值。此時(shí)，如果查詢(xún)到上位機發(fā)出接收請求，則傳送相應數據至PC顯示。然，后，重新初始化定時(shí)器和捕獲單元，進(jìn)入下一輪測量。主監控程序流程如圖3所示。
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測頻的部分源代碼如下：
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