基于DSP2812設計的簡(jiǎn)易數字頻率計

　　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)現了等精度測量。根據每個(gè)門(mén)閘時(shí)間內高頻標準脈沖的個(gè)數與已知被測信號的個(gè)數，求得被測信號頻率，再通過(guò)多次平均得到最終結果。

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

　　作品的意義與概況

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展, 各種電子測量?jì)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器件，逐漸成為21世紀最具發(fā)展潛力的朝陽(yáng)行業(yè)，甚至被譽(yù)為信息化數字化時(shí)代革命旗手。在電子測量技術(shù)中，頻率是最基本的參數之一，它與許多電參量和非電量的測量都有著(zhù)十分密切的關(guān)系。例如，許多傳感器就是將一些非電量轉換成頻率來(lái)進(jìn)行測量的，因此頻率的測量就顯得更為重要。數字頻率計是用數字來(lái)顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號。

　　數字頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規模集成電路，使得儀器的體積更小、耗電更少、精度和可靠性更高。而傳統的頻率計測量誤差較大，范圍也較窄，因此逐漸被新型的數字頻率計所代替?；贒SP的等精度頻率計以其測量準確、精度高、方便、價(jià)格便宜等優(yōu)勢將得到廣泛的應用。

　　我們設計的簡(jiǎn)易數字頻率計在未采用任何門(mén)控器件控制的情況下，在很寬的范圍內實(shí)現了等精度頻率測量，0.5Hz~10MHz的范圍內測量方波的最大相對誤差小于2e-6，測量正弦波的最大相對誤差小于3.5e-5；結果通過(guò)RS232通訊顯示在計算機上，可以很方便地監測數據。

　　方案設計

　　總體介紹

　　傳統的等精度測頻法使用門(mén)控器件產(chǎn)生門(mén)控信號，從而實(shí)現實(shí)際門(mén)閘信號與被測信號同步，消除對被測信號計數產(chǎn)生的一個(gè)脈沖的誤差，其原理圖如圖1所示。

圖1 傳統的等精度測量原理

　　由硬件控制計數的門(mén)閘時(shí)間，當預置們信號(即定閘門(mén)信號)為高電平時(shí)，基準信號計數器CNT1和被測信號計數器CNT2并不啟動(dòng)，而是等被測信號的上升沿來(lái)到時(shí)才同時(shí)開(kāi)始計數；當預置們信號為低電平時(shí)，兩個(gè)計數器并不馬上關(guān)閉，同樣要等到被測信號上升沿來(lái)到后再關(guān)閉；于是，實(shí)際閘門(mén)時(shí)間就是被測信號周期的整數倍，從而實(shí)現了閘門(mén)與被測信號的同步。但是，實(shí)際的門(mén)閘時(shí)間并不固定，與被測信號的頻率有關(guān)。此外，無(wú)論是采用計數器還是單片機，在實(shí)現等精度測量時(shí)總是離不開(kāi)門(mén)控器件。

　　本設計基于DSP豐富的軟件資源，經(jīng)過(guò)判斷和處理，完成了對被測信號頻率的等精度測量。硬件上無(wú)需任何門(mén)控器件，簡(jiǎn)化了電路。系統框圖如圖2所示，信號處理部分以TMS320F2812 DSP芯片作為控制和測量的核心；信號調理部分主要是完成對信號的放大、整形和限幅；標準頻率信號由30MHz有源晶振產(chǎn)生，作為高頻標準填充脈沖；通過(guò)DSP的SCI模塊與上位機實(shí)現通信，結果顯示在上位機上。

圖2 系統框圖

　　頻率/周期測量

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