基于DSP2812設計的簡易數字頻率計

圖3 本等精度頻率測量原理

　　通用定時器T1時鐘輸入選擇外部定時器時鐘，此處用調理后的被測信號作為定時器T1的時鐘輸入，定時器T2時鐘輸入選擇內部CPU時鐘，用來產生高頻標準填充脈沖。F2812片上EVA中通用定時器T1在發生比較匹配事件時，其比較輸出引腳T1CMP輸出信號會自動改變電平狀態，產生PWM波。捕獲單元CAP1設置為上升沿捕獲，T1PWM輸出的PWM波上升沿被CAP1捕獲到，讀取此時定時器T2的計數值，同理在下一次比較匹配時再次讀取定時器T2的計數值。通過兩次T2CNT值的相減，即可獲得該門閘時間內標準填充脈沖的個數，然后求出被測信號頻率。

　　基于DSP比較匹配時T1PWM引腳輸出電平的跳變作為門閘信號的開啟和關閉，由于比較匹配發生在被測信號的上升沿，從而實現了門閘時間與被測信號的同步。兩個相鄰的比較匹配產生的PWM波的上升沿分別作為門閘信號的開啟和關閉信號，其中被測信號的個數為整數，并且是由我們自己任意設定的。定時器T2時鐘輸入選擇內部CPU時鐘，用來產生標準填充脈沖。設定捕獲單元CAP1為上升沿捕獲，當其捕獲到上升沿時讀取堆棧CAPFIFO內的值，在下一次捕獲到時再讀堆棧內的值，計算出標準填充脈沖的個數Ny，保證Ny的個數不小于一定的值，即可保證門閘時間大于一定的值。假設現在希望一個門閘時間內高頻填充脈沖的總數不小于n，當Ny>n時，就增大定時器T1的定時周期，即增大定時器T1周期寄存器TIPR的值。存在公式T1PR+1=n/Ny，由于n/Ny不一定為整數，假an/Nya+1(a為整數)，則取n/Ny=a+1，表現在被測信號上，則與傳統的用硬件控制一樣，用下一個被測信號的上升沿作為門閘信號的關閉信號，只不過該上升沿發生在下一次的比較匹配時。然后，再在該門閘時間內讀取高頻填充脈沖的個數，有Ny≥n，從而得出高精度的被測信號頻率。在本設計中，定時器T1并不關閉，前一門閘時間的關閉信號同時作為下一門閘信號的開啟信號。

　　周期測量與頻率測量的基本原理完全相同，測出信號頻率，根據公T=1/f即可得出被測信號的周期。

　　誤差分析

　　定時器T1計數的啟停時間都是由該信號的上升沿觸發的，在一次測量時間內對被測信號的計數無誤差；在此時間內標準頻率脈沖的計數個數Ny，最多相差一個脈沖，故理論誤差為：

　　|d|≤1/Ny

　　顯然，測量精度僅僅與Ny有關，只要Ny值足夠大，就能保證精度。

　　硬件設計

　　如圖4所示，將被測信號經過高速運放OPA2690進行放大，在經過高速比較器TL3016進行整形[3]，由于比較器在對低頻正弦波信號進行整形時，輸出波形的邊沿有比較嚴重的抖動，影響測量。解決辦法是對比較器加入正反饋，加速信號邊沿，同時形成滯環，可有效消除抖動。整形后的信號經過高速施密特觸發SN74LVC1G14進行限幅和進一步整形。測量部分主要使用DSP2812芯片上定時器T1的時鐘輸入引腳TCLKINA、定時器T1的比較輸出引腳T1PWM和捕獲單元CAP1的輸入引腳CAP1，即可完成頻率測量。通訊部分選擇MAX3221作為RS-232電平轉換器件，通過9芯標準RS-232口與上位機進行串行通信。主要使用了DSP的串行通信發送引腳SCIRXD和串行通信接收引腳SCITXD。

圖4 硬件電路連接圖

　　軟件設計

　　軟件設計部分主要包括以下四部分：

·初始化：對變量參數、系統時鐘、PIE、EV、Flash、GPIO等進行配置。
·中斷模塊：SCI中斷和定時器T2、T3上溢中斷。
·數據處理模塊：分段+取算術平均值。
·輸出操作模塊：數據經RS-232傳給上位機。