基于dsp的數(shù)字頻率計設(shè)計(已修改)
2024-11-23 08:41 本頁面
【正文】 題目：基于 DSP 的簡易數(shù)字式頻率計 組 員： 孫雪峰 （ 20208154） 王憶 （ 20208153） 李郎 （ 20208148） 李飛 （ 20208134） 馬欣雨 （ 20209052） 一、引言 隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，頻率及時間的測量以及它們的控制技術(shù)在科學技術(shù)各領(lǐng)域，特別是在計量學 、電子技術(shù)、信息科學、通信、天文和電子儀器等領(lǐng)域占有越來越重要的地位。從國際發(fā)展的趨勢上看，頻率標準的準確度和穩(wěn)定度提高得非?？?，幾乎是每隔 6至 8年就提高一個數(shù)量級。本系統(tǒng)采用 DSP 的數(shù)值控制方式是目前設(shè)計控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，這種基于 DSP 的控制系統(tǒng)能夠用軟件實現(xiàn)復(fù)雜的算法，而不需要復(fù)雜的模擬電路，具有軟硬件模塊化、測量功能可重組/可選擇的特點。該系統(tǒng)采用 TI 公司推出的 150MHz 高速處理能力的高精度定點數(shù)字信號控制器 TMS320F2812芯片，其豐富的片內(nèi)資源可以大大簡化硬件電路的設(shè)計，有利于提高系統(tǒng)的可 靠性，其高效的 32位 CPU 內(nèi)核、支持浮點運算等特點，為提高系統(tǒng)的測量精度奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)具有精度高、實時性好、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點。 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 , 各種電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化 , 特別是 DSP 技術(shù)誕生以后，電子測量技術(shù)更是邁進了一個全新的時代。近年來， DSP 逐漸成為各種電子器件的基礎(chǔ)器件，逐漸成為 21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ某栃袠I(yè)，甚至被譽為信息化數(shù)字化時代革命旗手。在電子測量技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，它與 許多電參量和非電量的測量都有著十分密切的關(guān)系。例如，許多傳感器就是將一些非電量轉(zhuǎn)換成頻率來進行測量的，因此頻率的測量就顯得更為重要。數(shù)字頻率計是用數(shù)字來顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號。數(shù)字頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規(guī)模集成電路，使得儀器的體積更小、耗電更少、精度和可靠性更高。而傳統(tǒng)的頻率計測量誤差較大，范圍也較窄，因此逐漸被新型的數(shù)字頻率計所代替。基于 DSP 的等精度頻率計以其測量準確、精度高、方便、價格便宜等優(yōu)勢將得到廣泛的應(yīng)用。我們設(shè)計的簡易數(shù)字頻率計在未采 用任何門控器件控制的情況下，在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)了等精度頻率測量， ~10MHz 的范圍內(nèi)測量方波的最大相對誤差小于 2e6，測量正弦波的最大相對誤差小于；結(jié)果通過 RS232通訊顯示在計算機上，可以很方便地監(jiān)測數(shù)據(jù)。 二、 頻率測量的原理分析 頻率的測量可以直接測量，也可以進行間接測量周期來達到測量頻率的目的。其相應(yīng)的原理框圖如下所示。 輸入信號的預(yù)處理： 由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路 。 在測量的時候，首先通過整 形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波 。 在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大 。 頻率測量： 測量頻率的原理框圖如圖 3 個檔位。被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號有555 定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標準的 時基信號，作為閘門開通的基準時間。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達到了測量頻率的目的。 周期測量： 測量周期的原理框圖 ，即將被測信號經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘枴７讲ㄐ盘栔械拿}沖寬度恰好為被測信號的 1 個周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時間，在閘門導(dǎo)通的時間里，計數(shù)器記錄標準時基信號通過閘門的重復(fù)周期個數(shù)。計數(shù)器累計的結(jié)果可以換算出被測信號的周期。用時間 Tx來表示： Tx=NTs 式中： Tx為被測信號的周期； N 為計數(shù)器脈沖 計數(shù)值； Ts 為時基信號 周期 時基電路：時基信號由 555 定時器、 RC 組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個暫態(tài)時間分別為 T1=（ Ra+Rb）
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