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基于DSP2812设计的简易数字频率计

发布时间:2020-06-30 20:53:24 阅读: 来源:鞋架厂家

采用TMS320F2812 DSP芯片为控制单元,在无需任何门控器件控制的情况下,利用DSP 2812丰富的软件资源实现了等精度测量。根据每个门闸时间内高频标准脉冲的个数与已知被测信号的个数,求得被测信号频率,再通过多次平均得到最终结果。

* 本作品获得2008年德州仪器(TI) C2000 DSP大奖赛命题组一等奖,并得到合肥工业大学2008年大学生创新性实验计划项目的资助

作品的意义与概况

随着微电子技术和计算机技术的飞速发展, 各种电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化, 特别是DSP技术诞生以后,电子测量技术更是迈进了一个全新的时代。近年来,DSP逐渐成为各种电子器件的基础器件,逐渐成为21世纪最具发展潜力的朝阳行业,甚至被誉为信息化数字化时代革命旗手。在电子测量技术中,频率是最基本的参数之一,它与许多电参量和非电量的测量都有着十分密切的关系。例如,许多传感器就是将一些非电量转换成频率来进行测量的,因此频率的测量就显得更为重要。数字频率计是用数字来显示被测信号频率的仪器,被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。

数字频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路,使得仪器的体积更小、耗电更少、精度和可靠性更高。而传统的频率计测量误差较大,范围也较窄,因此逐渐被新型的数字频率计所代替。基于DSP的等精度频率计以其测量准确、精度高、方便、价格便宜等优势将得到广泛的应用。

我们设计的简易数字频率计在未采用任何门控器件控制的情况下,在很宽的范围内实现了等精度频率测量,0.5Hz~10MHz的范围内测量方波的最大相对误差小于2e-6,测量正弦波的最大相对误差小于3.5e-5;结果通过RS232通讯显示在计算机上,可以很方便地监测数据。

方案设计

总体介绍

传统的等精度测频法使用门控器件产生门控信号,从而实现实际门闸信号与被测信号同步,消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差,其原理图如图1所示。

图1 传统的等精度测量原理

由硬件控制计数的门闸时间,当预置们信号(即定闸门信号)为高电平时,基准信号计数器CNT1和被测信号计数器CNT2并不启动,而是等被测信号的上升沿来到时才同时开始计数;当预置们信号为低电平时,两个计数器并不马上关闭,同样要等到被测信号上升沿来到后再关闭;于是,实际闸门时间就是被测信号周期的整数倍,从而实现了闸门与被测信号的同步。但是,实际的门闸时间并不固定,与被测信号的频率有关。此外,无论是采用计数器还是单片机,在实现等精度测量时总是离不开门控器件。

本设计基于DSP丰富的软件资源,经过判断和处理,完成了对被测信号频率的等精度测量。硬件上无需任何门控器件,简化了电路。系统框图如图2所示,信号处理部分以TMS320F2812 DSP芯片作为控制和测量的核心;信号调理部分主要是完成对信号的放大、整形和限幅;标准频率信号由30MHz有源晶振产生,作为高频标准填充脉冲;通过DSP的SCI模块与上位机实现通信,结果显示在上位机上。

图2 系统框图

频率/周期测量

在对被测信号频率和周期的测量中,等精度测量是基于DSP比较匹配时T1PWM引脚输出电平的跳变作为门闸信号的开启和关闭,由于比较匹配发生在被测信号的上升沿,从而实现了门闸时间与被测信号的同步。原理图如图3所示。

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