硬件設(shè)計(jì) - 基于DSP2812設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)

　　如圖4所示，將被測(cè)信號(hào)經(jīng)過高速運(yùn)放OPA2690進(jìn)行放大，在經(jīng)過高速比較器TL3016進(jìn)行整形[3]，由于比較器在對(duì)低頻正弦波信號(hào)進(jìn)行整形時(shí)，輸出波形的邊沿有比較嚴(yán)重的抖動(dòng)，影響測(cè)量。解決辦法是對(duì)比較器加入正反饋，加速信號(hào)邊沿，同時(shí)形成滯環(huán)，可有效消除抖動(dòng)。整形后的信號(hào)經(jīng)過高速施密特觸發(fā)SN74LVC1G14進(jìn)行限幅和進(jìn)一步整形。測(cè)量部分主要使用DSP2812芯片上定時(shí)器T1的時(shí)鐘輸入引腳TCLKINA、定時(shí)器T1的比較輸出引腳T1PWM和捕獲單元CAP1的輸入引腳CAP1，即可完成頻率測(cè)量。通訊部分選擇MAX3221作為RS-232電平轉(zhuǎn)換器件，通過9芯標(biāo)準(zhǔn)RS-232口與上位機(jī)進(jìn)行串行通信。主要使用了DSP的串行通信發(fā)送引腳SCIRXD和串行通信接收引腳SCITXD。

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　　圖4 硬件電路連接圖

　　軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)部分主要包括以下四部分：

　　·初始化：對(duì)變量參數(shù)、系統(tǒng)時(shí)鐘、PIE、EV、Flash、GPIO等進(jìn)行配置。

　　·中斷模塊：SCI中斷和定時(shí)器T2、T3上溢中斷。

　　·數(shù)據(jù)處理模塊：分段+取算術(shù)平均值。

　　·輸出操作模塊：數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232傳給上位機(jī)。

　　圖5為測(cè)頻率、周期軟件流程圖，圖6為定時(shí)器2的溢出中斷流程圖。

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　　圖5 測(cè)頻率、周期流程圖

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　　圖6 定時(shí)器T2溢出中斷流程圖

　　在該部分初始化時(shí)，要進(jìn)行以下配置：通用定時(shí)器T1時(shí)鐘輸入為外部定時(shí)器時(shí)鐘，通用定時(shí)器T2時(shí)鐘輸入為內(nèi)部時(shí)鐘輸入，用來對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)脈沖由外部30MHz的有源晶振提供;捕獲單元1設(shè)置為上升沿捕獲，用來捕獲T1PWM引腳輸出PWM波的上升沿，在每次比較匹配時(shí)讀取定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)值T2CNT，該值保存在CAP1FIFO內(nèi)。初始化時(shí)要將捕獲單元1的狀態(tài)寄存器中的FIFO堆棧狀態(tài)設(shè)置成空堆棧;將定時(shí)器T1的定時(shí)周期設(shè)置為4個(gè)被測(cè)信號(hào)的周期長(zhǎng)度，通過測(cè)得的定時(shí)器T1的一個(gè)定時(shí)周期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)，計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率，然后對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分段，分別為低頻段(小于46.875Hz)，中頻段(大于46.875Hz，小于2343.75KHz)，以及高頻段(大于2343.75 KHz)，其中分段的依據(jù)是定時(shí)器的計(jì)數(shù)飽和值為65536和計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)應(yīng)大于等于1。若信號(hào)頻率為中高頻段則重新配置定時(shí)器T1，定時(shí)器T2的寄存器，來改變定時(shí)周期以及每個(gè)門閘時(shí)間內(nèi)的高頻填充脈沖的個(gè)數(shù)。在定時(shí)器T1的下一個(gè)定時(shí)周期內(nèi)計(jì)算出頻率和周期。另外，定時(shí)器T2的溢出次數(shù)要在第一次發(fā)生比較匹配時(shí)清零，而是否是第一次發(fā)生比較匹配則通過設(shè)置一個(gè)標(biāo)志來判斷。當(dāng)溢出次數(shù)清零后才開始記溢出次數(shù)，直到第二次發(fā)生比較匹配。

　　下一步改進(jìn)意見

　　該方法的測(cè)量誤差主要來自硬件部分，整形電路的優(yōu)劣直接關(guān)系到測(cè)量精度的高低。所以我們下一步的工作就是改進(jìn)整形電路的整形效果和抗干擾性能，盡最大可能減小信號(hào)整形帶來的誤差。

　　由于DSP定時(shí)器在計(jì)數(shù)時(shí)存在計(jì)數(shù)飽和的情況，因此在實(shí)現(xiàn)該等精度測(cè)量時(shí)存在上限，即當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率高于高頻填充脈沖的頻率時(shí)，該方法就不能實(shí)現(xiàn)等精度了?？梢栽谠摲桨傅幕A(chǔ)上進(jìn)行以下處理：選擇定時(shí)器T1定時(shí)周期內(nèi)被測(cè)信號(hào)的個(gè)數(shù)固定，可設(shè)置T1PR為65529，同時(shí)將定時(shí)器T2的時(shí)鐘修改為75MHz，這樣就能保證每個(gè)門閘時(shí)間內(nèi)高頻填充脈沖的個(gè)數(shù)，從而在對(duì)高頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻率和周期測(cè)量時(shí)保證了精度。

　　但選擇定時(shí)器T1時(shí)鐘輸入為外部時(shí)鐘時(shí)對(duì)被測(cè)信號(hào)的輸入范圍存在限制，如果要進(jìn)一步提高測(cè)量的信號(hào)的范圍，使得范圍達(dá)到上百兆或上G赫茲，可以考慮相位測(cè)量的方法，將被測(cè)信號(hào)設(shè)為360度，根據(jù)被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之間的X度相位差，計(jì)算被測(cè)信號(hào)頻率。