基于TMS320F2812高精度數字頻率計的設計

引言

隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻率及時(shí)間的測量以及它們的控制技術(shù)在科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域，特別是在計量學(xué)、電子技術(shù)、信息科學(xué)、通信、天文和電子儀器等領(lǐng)域占有越來(lái)越重要的地位。從國際發(fā)展的趨勢上看，頻率標準的準確度和穩定度提高得非?？?，幾乎是每隔6至8年就提高一個(gè)數量級。本系統采用DSP的數值控制方式是目前設計控制系統的發(fā)展趨勢，這種基于DSP的控制系統能夠用軟件實(shí)現復雜的算法，而不需要復雜的模擬電路，具有軟硬件模塊化、測量功能可重組/可選擇的特點(diǎn)。該系統采用TI公司推出的150MHz高速處理能力的高精度定點(diǎn)數字信號控制器TMS320F2812芯片，其豐富的片內資源可以大大簡(jiǎn)化硬件電路的設計，有利于提高系統的可靠性，其高效的32位CPU內核、支持浮點(diǎn)運算等特點(diǎn)，為提高系統的測量精度奠定了基礎。該系統具有精度高、實(shí)時(shí)性好、使用方便、測量迅速，以及便于實(shí)現測量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

系統總體設計方案

本嵌入式數字頻率計的硬件電路主要包含4個(gè)部分：4通道整形電路模塊，TMS320F2812數字信號處理模塊，單色液晶屏模塊(CM320*240)和4*2矩陣鍵盤(pán)模塊。系統總體框圖如圖1所示。

4通道整形電路模塊：完成模擬信號整形、衰減功能 。

TMS320F2812數字信號處理模塊：完成軟件濾波，多周期同步測頻算法等。

單色液晶屏模塊：實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)捕獲的頻率值，同時(shí)配合鍵盤(pán)進(jìn)行儀表參數設置。

4*2矩陣鍵盤(pán)模塊：系統命令的形成與其它參數的輸入設置。

信號處理過(guò)程：在鍵盤(pán)控制下，TMS320F2812根據4*2鍵盤(pán)發(fā)出的命令實(shí)時(shí)地將要轉換的模擬信號經(jīng)過(guò)電壓比較器形成的方波信號直接輸入捕獲單元的輸入引腳，再通過(guò)軟件濾波將捕獲到的數據經(jīng)過(guò)多周期同步測量算法處理后直接送到單色液晶屏顯示，當再次進(jìn)行通道選擇時(shí)，可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行實(shí)時(shí)調整。

系統硬件設計

本系統在綜合考慮各種硬件條件下，設計出如圖2的系統硬件連接圖。

通道整形電路模塊

利用TMS320F2812的捕獲單元設計出硬件測頻電路。由于CAP模塊只能捕獲0V~3V的外界模擬方波信號，模擬信道必須將要轉換的模擬信號轉換后才能輸入CAP模塊。本系統采用ADI公司的AD8022作為前端模擬處理。

AD8022是一款性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、具有低噪聲和低失真特性的高性能8引腳雙運算放大器。其內部電路輸入級是NPN差分對，與之對應的后面驅動(dòng)是PNP對，輸出緩沖級是工作在A(yíng)B類(lèi)的放大的射頻跟隨器。當閉環(huán)增益提高時(shí)，AD8022可驅動(dòng)更大的容性負載，輸出不會(huì )產(chǎn)生震蕩。

本系統采用開(kāi)環(huán)方式實(shí)現電壓比較器，可以將-15V~+15V的外界模擬信號，經(jīng)過(guò)電壓求和電路輸出0V~3V的模擬信號（即圖3中的引腳3處），為抑制共模抑制比將其輸入到同相端，而在反相端輸入+1.5V的比較電平，這樣，在輸出端即引腳6處可得到占空比為50%的方波，其中電容C5起抑制高頻噪聲的作用。單通道整形電路模塊電路圖如圖3所示。