基于TMS320F2812DSP的測頻方法的數字頻率計的方案設計

作者：時間：2012-04-03 來源：網絡

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3 誤差分析及測試結果

　　3．1 量化誤差

　　設被測信號的頻率為Fx，其真實值為Fxe，標準頻率為Fs，在一次測量中，預置閘門時間為T′，Tpr為實際閘門時間，被測信號計數值為Nx，標準頻率信號計數值為Ns。

　　Fx計數的起停時間是由該信號的上升沿觸發的，在T′時間內對Fx的計數Nx無誤差，對Fs的計數Ns假設相差N個脈沖，即|△et|≤n。

　　由于Fx／Nx=Fs／Ns，Fxe／Nx=Fs／(Ns+△et)，根據相對誤差公式有：

　　因此可以得到以下結論：

　　①相對測量誤差與被測信號的頻率無關。

　　②增大T′或者提高Fs，可以增大Ns，減少測量誤差，提高測量精度。本設計方案中，預置閘門時間限定了最低的測量精度。

　　③誤差分析中的n，主要由硬件切斷T1PWM所需要的時間決定，為一個小整型常數。若預置閘門時間Tpr=O．012 8 s，則

　　即使n取不為l的小整型常數，仍可以使得精度維持在十萬分之一以內，并且可以隨著預置閘門時間的適當延長，得到進一步的提高。

　　3．2 測量的原理誤差和標準頻率誤差

　　本測量原理類似多周期同步測量原理，主要的原理誤差來自測量即將結束時，由D觸發器產生低電平跳變來切斷T1PWM，從而使其產生由CAPl和CAP3同時捕獲上升沿的跳變。這段時間主要是由D觸發器的反應時間決定。在測量過程中，針對這部分誤差，可以通過適當增加預置閘門的時間來克服，同時考慮到DSP 內部高速的時鐘頻率，這并不會明顯地增加測量耗時，但卻達到了弱化此誤差的影響、增加測量精度的目的。

　　標準頻率誤差為△Fs／Fs。因為晶體的穩定度很高，標準頻率誤差可以進行校準，并且已將DSP內部的高速時鐘頻率進行了適當的分頻，所以相對于量化誤差，校準后的標準頻率誤差可以忽略不計。

　　3．3 測試結果

　　用函數信號發生器(型號為Tektronix AFG3010；精度為O．000 1％)產生方波信號，用設計的頻率計測出頻率，求出誤差。本測頻系統的測量精度可達到O．01％。根據誤差分析可知，系統的最大誤差發生在預置閘門時間正好填充了整數個被測信號時，即頻率為78．125 Hz或者其整數倍時，所以選擇這些點進行測試。實際的測試數據如表1所列。

　　4 結論

　　本文著重分析了數字頻率計的設計方案、硬件組成，以及采用Modbus協議實現上位機與下位機通信的軟件設計。特點有：

　　①在頻率測量原理方面，由于采用了多周期測量原理，消除了對被測信號計數時產生的±1個計數誤差，其精度僅與閘門時間和標準頻率有關，克服了傳統的測頻法或測周法的不足，實現了寬量程、高精度的頻率測量。同時由于預置閘門時間的存在，保證了當被測頻率在各頻段之間來回切換時，系統反應靈敏，跟隨性能好。

　　②在系統的總體設計方面，充分利用了F2812 DSP的內部資源，即使用事件管理器中的定時器、捕獲單元完成頻率的測量；使用PWM的輸出實現自檢電路的設計；使用串口通信模塊完成上位機和下位機的通信。在測量結果的顯示方面利用RS232，通信協議采用Modbus協議，實現下位機和上位機的通信，將測量結果在上位機中顯示出來。

　　本文只探討了如何對單路信號進行頻率測量，而對于多路信號，可先使其經過一個與門，通過軟件判斷哪一路信號，然后再運用本設計方法進行測量。針對這種情況所產生的誤差問題還需作進一步的探討，本文只給出初步的探索。

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