基于DSP2812设计的简易数字频率计

图3 本等精度频率测量原理

　　通用定时器T1时钟输入选择外部定时器时钟，此处用调理后的被测信号作为定时器T1的时钟输入，定时器T2时钟输入选择内部CPU时钟，用来产生高频标准填充脉冲。F2812片上EVA中通用定时器T1在发生比较匹配事件时，其比较输出引脚T1CMP输出信号会自动改变电平状态，产生PWM波。捕获单元CAP1设置为上升沿捕获，T1PWM输出的PWM波上升沿被CAP1捕获到，读取此时定时器T2的计数值，同理在下一次比较匹配时再次读取定时器T2的计数值。通过两次T2CNT值的相减，即可获得该门闸时间内标准填充脉冲的个数，然后求出被测信号频率。

　　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。两个相邻的比较匹配产生的PWM波的上升沿分别作为门闸信号的开启和关闭信号，其中被测信号的个数为整数，并且是由我们自己任意设定的。定时器T2时钟输入选择内部CPU时钟，用来产生标准填充脉冲。设定捕获单元CAP1为上升沿捕获，当其捕获到上升沿时读取堆栈CAPFIFO内的值，在下一次捕获到时再读堆栈内的值，计算出标准填充脉冲的个数Ny，保证Ny的个数不小于一定的值，即可保证门闸时间大于一定的值。假设现在希望一个门闸时间内高频填充脉冲的总数不小于n，当Ny>n时，就增大定时器T1的定时周期，即增大定时器T1周期寄存器TIPR的值。存在公式T1PR+1=n/Ny，由于n/Ny不一定为整数，假an/Nya+1(a为整数)，则取n/Ny=a+1，表现在被测信号上，则与传统的用硬件控制一样，用下一个被测信号的上升沿作为门闸信号的关闭信号，只不过该上升沿发生在下一次的比较匹配时。然后，再在该门闸时间内读取高频填充脉冲的个数，有Ny≥n，从而得出高精度的被测信号频率。在本设计中，定时器T1并不关闭，前一门闸时间的关闭信号同时作为下一门闸信号的开启信号。

　　周期测量与频率测量的基本原理完全相同，测出信号频率，根据公T=1/f即可得出被测信号的周期。

　　误差分析

　　定时器T1计数的启停时间都是由该信号的上升沿触发的，在一次测量时间内对被测信号的计数无误差；在此时间内标准频率脉冲的计数个数Ny，最多相差一个脉冲，故理论误差为：

　　|d|≤1/Ny

　　显然，测量精度仅仅与Ny有关，只要Ny值足够大，就能保证精度。

　　硬件设计

　　如图4所示，将被测信号经过高速运放OPA2690进行放大，在经过高速比较器TL3016进行整形[3]，由于比较器在对低频正弦波信号进行整形时，输出波形的边沿有比较严重的抖动，影响测量。解决办法是对比较器加入正反馈，加速信号边沿，同时形成滞环，可有效消除抖动。整形后的信号经过高速施密特触发SN74LVC1G14进行限幅和进一步整形。测量部分主要使用DSP2812芯片上定时器T1的时钟输入引脚TCLKINA、定时器T1的比较输出引脚T1PWM和捕获单元CAP1的输入引脚CAP1，即可完成频率测量。通讯部分选择MAX3221作为RS-232电平转换器件，通过9芯标准RS-232口与上位机进行串行通信。主要使用了DSP的串行通信发送引脚SCIRXD和串行通信接收引脚SCITXD。

图4 硬件电路连接图

　　软件设计

　　软件设计部分主要包括以下四部分：

·初始化：对变量参数、系统时钟、PIE、EV、Flash、GPIO等进行配置。
·中断模块：SCI中断和定时器T2、T3上溢中断。
·数据处理模块：分段+取算术平均值。
·输出操作模块：数据经RS-232传给上位机。