【正文】 （如下）。 由于 AD 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以對(duì)于高頻信號(hào)，受采樣頻率的限制， DSP模塊無(wú)法準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)波形，本設(shè)計(jì)中經(jīng)實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)， 28 系列 DSP 最多只能實(shí)時(shí)復(fù)現(xiàn) 30KHz 左右的被測(cè)信號(hào)波形，對(duì)于高頻信號(hào)則要采用等效采樣方法，而且要求被測(cè)信號(hào)為周期性的信號(hào)。在這里不再贅述 。 串口通訊的軟件設(shè)計(jì) 通訊部分的軟件由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件組成，下面分別介紹。 (1)串口通信的上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)微機(jī)和 DSP 之間的數(shù)據(jù)交換，可以利用功能強(qiáng)大的 VC++ 開(kāi)發(fā)環(huán) 境及Active X 控件來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信。應(yīng)用 VC++開(kāi)發(fā)串行通信目前通常有如下幾種方法：一是利用 Windows API 通信函數(shù)；二是利用 VC 的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù) _inp、 _inpw、 _inpd、_outp、 _outpw、 _outpd 等直接對(duì)串口進(jìn)行操作；三是使用 Microsoft Visual C++的通信控件（ MSComm）；四是利用第三方編寫(xiě)的通信類。以上幾種方法中第一種使用面較廣，但由于比較復(fù)雜，專業(yè)化程度較高，使用較困難；第二種需要了解硬件電路結(jié)構(gòu)原理；第三種方法較簡(jiǎn)單，只需要對(duì)串口進(jìn)行簡(jiǎn)單配置；第四種方 法是利用一種用于串行通信的 CSerial 類（這種類是由第三方編寫(xiě)的，不過(guò)其獲得較難）， 26 只要理解這種類的幾個(gè)成員函數(shù)，就能方便的使用．本設(shè)計(jì)是在 VC++下用 MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通訊 的。 其軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示 。 開(kāi) 始打 開(kāi) 并 配 置 串 口 (設(shè) 置串 口 號(hào) ,波 特 率 ,數(shù) 據(jù)位 ,校 驗(yàn) 位 ,停 止 位 )配 置 串 口 ?選 擇 要 接 收 的 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 相 應(yīng) 的 字 符 (寫(xiě) 串 口 )讀 取 數(shù) 據(jù) 并 按 包 頭 字 符 顯 示在 相 應(yīng) 的 編 輯 框 中 (讀 串 口 )關(guān) 閉 串 口退 出 (結(jié) 束 )YN 圖 上位機(jī)軟件流程圖 程序說(shuō)明：關(guān)于本通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，采用 ASCII碼的方式，數(shù)據(jù)包的包頭為一個(gè)特定的字符，利用控件采用事件驅(qū)動(dòng)的法。本界面的數(shù)據(jù)采用實(shí) 時(shí)顯示的方式，可以實(shí)時(shí)刷新 。 (2)串口通信的下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 該部分程序流程圖如圖 所示 。 27 開(kāi) 始S C I 模 塊初 始 化發(fā) 使 能 送 ?根 據(jù) b u f f e r 中 的 內(nèi) 容 將 相 應(yīng) 的數(shù) 據(jù) 送 到 S C I 發(fā) 送 緩 沖 寄 存器 發(fā) 送發(fā) 送 完 畢 ?重 新 初 始 化P I E 模 塊使 能 F I F O操 作 并 接 收接 收 緩 沖 寄 存 器 的 結(jié)果 送 緩 沖 寄 存 器B u f f e r 數(shù) 組 的 內(nèi) 容與 指 定 字 符 判 斷使 能 發(fā) 送F I F O 操 作清 除 發(fā) 送中 斷 標(biāo) 志清 除 接 收 中 斷 標(biāo)志 , P I E 中 斷 中 斷響 應(yīng) 位YNNYYN( a ) 主 程 序( b ) 發(fā) 送 中 斷 程 序( c ) 接 收 中 斷 程 序使 能 中 斷中 斷 ?響 應(yīng) 相 應(yīng) 的 中 斷服 務(wù) 函 數(shù) 并 清 中斷 標(biāo) 志 位結(jié) 束YN 圖 下位機(jī)軟件流程圖 程序說(shuō)明：由上位機(jī)發(fā)送約定的字符到 DSP， DSP 接收到的字符并判斷比較后，使能發(fā)送中斷，并且發(fā)送與約定字符相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所處理成的字符串到上位機(jī)。例如，收到字符“ 1”，則發(fā)送頻率到上位機(jī)的界面，收到字符“ 2”，則發(fā)送周期到上位機(jī)，收到字符“ 3”，則發(fā)送脈寬到上位機(jī)，收到字符“ 5”，則發(fā)送占空比到上位 機(jī) 。 6 系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是合理利用了 DSP 的比較輸出 PWM 波，用捕獲單元捕捉到該電平的跳變，從而實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)與被測(cè)信號(hào)的同步，使測(cè)量誤差僅取決于高頻標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖的個(gè)數(shù)。 創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)在實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量時(shí)本設(shè)計(jì)了采用逆向思維，未使用任何外部硬件進(jìn)行控制計(jì)數(shù)，完全由 DSP 芯片豐富的軟件資源來(lái)實(shí)現(xiàn) ，充分利用了 DSP 的軟件資源，體現(xiàn)了 DSP 的強(qiáng)大功能。 (2)硬件部分使用了 TI 公司推出的高速比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的整形，方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)被測(cè)信號(hào)的極性無(wú)要求，擴(kuò)展范圍廣。充分 體現(xiàn)了 TI器件功能強(qiáng)、實(shí)用性的特點(diǎn)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，性價(jià)比更高。 28 7 評(píng)測(cè)與結(jié)論 評(píng)測(cè) 在系統(tǒng)評(píng)測(cè)中，本設(shè)計(jì)選用 Tektronix AFG3101 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)作為被測(cè)信號(hào)。在環(huán)境溫度為 0℃ 50℃時(shí)，其精度為177。 1ppm。假設(shè)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的值為 Y0,實(shí)際測(cè)得的值為 Y1,則測(cè)量相對(duì)誤差 δ 由下式得出： 1 0 0 * 1 0 0 %Y Y Y? ?? 由于本設(shè)計(jì)對(duì)信號(hào)的整形采用高速比較器，對(duì)于同一頻率信號(hào)幅值越大整形后的信號(hào)邊沿越陡，測(cè)量精度越高，故以下評(píng)測(cè)均在信號(hào)幅值為 時(shí)測(cè)得，對(duì)于幅值大于 的信號(hào)精度更高。 對(duì)于方波和正弦波信號(hào)頻率和周期的測(cè)量，在中頻段為等精度，在高低頻段，標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 20 萬(wàn)個(gè)，誤差小于中頻段，故理論上測(cè)量誤差最大的地方應(yīng)出現(xiàn)在中低頻段分界點(diǎn)至中高段分界點(diǎn)之間的頻率，由于在等精度測(cè)量當(dāng)202000Ny? 時(shí)，取 1 1 200 000T PR N y?? 由于不一定為整數(shù)，假設(shè)2 0 0 0 0 0 1a Ny a? ? ?（ a為整數(shù)） , 則取 200 000 1Ny a??，顯然在中頻段只有當(dāng)Ny可以被 202000 整除時(shí)，一個(gè)門(mén)閘時(shí)間內(nèi)剛好 202000 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖，當(dāng)不能被202000 整除時(shí)， T1PR+1 所取得值大于 202000Ny ，故在這些點(diǎn)每個(gè)門(mén)閘時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)大于 202000 個(gè)，誤差小于 1202000 ，所以測(cè)量中誤差最大的點(diǎn)為每個(gè)門(mén)閘時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)填充脈沖的個(gè)數(shù)等于 20 萬(wàn)個(gè)時(shí)所對(duì)應(yīng)的被測(cè)信號(hào)頻率。由于高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率為 15064 MHz，所以重點(diǎn)要對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)信號(hào)的頻率由下式可得： 設(shè)標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率為 f0，被測(cè)脈沖頻率為 fx，則 (1 )*( 1 1) (1 0)*202000fx T PR f??由于這些點(diǎn)過(guò)多，故只有取幾個(gè)代表性的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量結(jié)果如表 2所示 。 表 2 頻率 /周期測(cè)量結(jié)果表 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) （信號(hào)幅值為 ） 方波 正弦波 測(cè)量值 測(cè)量 誤差 測(cè)量值 測(cè)量 誤差 1 FR=10Hz TR= s e6 e5 2 FR=20Hz 2. 11 e5 TR= s 29 200 Hz 以 下 3 FR= 1. 66 e6 e5 TR= s 1e6 4 FR= Hz 1e6 TR= s 1e6 5 FR=170 Hz 1e6 TR= s 1e6 6 FR= 1e6 TR= s 1e6 表 3 占空比測(cè)量結(jié)果 200 Hz 以 上 7 FR=375Hz 4 1e6 4 1e6 TR=667μ s 1 1e6 7 1e6 8 FR=750Hz 2 1e6 6 6 TR=333μ s 3 1e6 9 9 FR=10KHz 5 5 TR=s 4 6 4 6 10 FR=96KHz 6 1e6 6 1e6 TR=7μ s 3 1e6 3 1e6 11 FR=767953.125KHz 0 1e6 0 1e6 TR=μ s 6 1e6 6 1e6 12 FR=1MHz 0 1e6 0 1e6 TR= s 2 1e6 2 1e6 13 FR=3MHz 0 1e6 0 1e6 TR=μ s 0 1e6 0 1e6 30 14 FR=15MHz 15000050.0 6 15000050.0 6 TR=7μ s 4 6 4 6 15 FR=Hz 49900436.0 6 49900436.0 6 TR=3μ s 6 6 由上述數(shù)據(jù)可知本設(shè)計(jì)測(cè)量結(jié)果均能達(dá)到系統(tǒng)發(fā)揮部分 指標(biāo)。實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)該比較器在對(duì)低頻（ 200Hz 以下）正弦波信號(hào)進(jìn)行整形時(shí)噪聲較大，影響了該部分精度，使得正弦波在低頻的精度有所下降。對(duì)于周期性脈沖信號(hào)的脈寬和占空比測(cè)量，脈寬越窄，其內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖越少，精度越差，故在 Fx=1KHz，占空比為 10%時(shí)，精度最差。對(duì)于頻率小于 10Hz 的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了提高快速性，不采取平均的方法，故該段精度偏低，對(duì)于頻率大于 10Hz 的信號(hào)，采取每測(cè)得 7個(gè)值輸出一個(gè)平均值的方法以降低實(shí)時(shí)性為代價(jià)提高了精度 。 周 期 性 脈 沖 波 信號(hào) 脈寬 （μs） 標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào) 0. 50 100 10000 1000000 測(cè)量脈寬 相對(duì)誤差 % 2e5 信號(hào)頻率 （ 10%占 空 比） 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 10Hz 100Hz 500Hz 1K Hz 測(cè)量占空比 相對(duì)誤差 由上面的數(shù)據(jù)可以得出 了測(cè)量脈寬和占空比均能達(dá)到指標(biāo)。 另外本設(shè)計(jì)還能擴(kuò)展系統(tǒng)指標(biāo)，測(cè)量結(jié)果如下表格 。 31 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 方波 正弦波 測(cè)量值 測(cè)量誤差 測(cè)量值 測(cè)量誤差 信號(hào) 幅值 為 60mV 1 FR=10Hz TR=100000μ s 2 FR= TR=μ s 1e6 3 FR=3MHz 1e6 1e6 TR= s 1e6 1e6 結(jié)論 根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，該設(shè)計(jì)在誤差最大的點(diǎn)精度均達(dá)到指標(biāo)，故可以說(shuō)本設(shè)計(jì)在所有要求的頻段內(nèi)均達(dá)到了發(fā)揮要求指標(biāo)。 （ 1）對(duì)于發(fā)揮部分指標(biāo)，題目要求對(duì)幅值 ～ 3V ，頻率為 10Hz～ 3MHz 的方波、正弦波進(jìn)行頻率、周期測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差在 %以內(nèi)。我們達(dá)到的指標(biāo)為方波在幅值 ～ 5V，頻率范圍為 1Hz～ 50MHz，且在 ～ 3V 范圍內(nèi)最大測(cè)量誤差為 6e? ，在 10Hz～ 3MHz 最大相對(duì)誤差為 6e? ；正弦波在幅值 ～ 5V，頻率范圍為 1Hz～ 50MHz，且在 ～ 3V范圍內(nèi)最大測(cè)量誤差為 5e? ，在 10Hz～3MHz 最大相對(duì)誤差為 5e? ，達(dá)到指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了題目要求的精度。 （ 2）對(duì)于發(fā)揮部分指標(biāo)，題目要求對(duì)幅值 ～ 3V ，頻率為 10Hz～ 1KHz，占空比為 10%～ 90%的周期性脈沖波測(cè)量時(shí)，測(cè)量誤差在 2%以內(nèi)。在信號(hào)占空比為 10%，頻率 10Hz～ 1KHz，我們達(dá)到的指標(biāo)為在幅值 ～ 5V，頻率 10Hz～ 1KHz 內(nèi)占空比最大測(cè)量誤差為 5e? ；測(cè)脈寬時(shí)我們達(dá)到的指標(biāo)為在幅值 ～ 5V，脈寬范圍為 s～ 1s，在要求的測(cè)量范圍為 100μ s～ 10ms，最大誤差為 2%的情況下，脈寬的精度為 5e? , 達(dá)到指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了題目要求的精度。而我們還將脈寬的測(cè)量范圍擴(kuò)展到了 s～ 1s，在要求最大誤差為 2%的情況下，最大誤差為 %，完全符合題目要求指標(biāo)，且測(cè)量范圍大大加寬了。 （ 3）各項(xiàng)評(píng)測(cè)指標(biāo)表明本方法是切實(shí)可行的。 32 8 附錄 PCB 板照片及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 33 通訊窗口 關(guān)鍵代碼 //EV初始化 =0x0440。//所有捕獲單元和正交編碼脈沖電路的寄存器清零，禁止捕獲單元 1和 2， FIFO 堆棧保持原樣， //捕獲單元 1選擇定時(shí)器 2為時(shí)鐘基準(zhǔn)，捕獲單元 1 檢測(cè)上升沿 =0x0290。 // 所有捕獲單元和正交編碼脈沖電路的寄存器清零，禁止捕獲單元 4和 5， FIFO 堆棧保持原樣， //捕獲單元 4和 5選擇定時(shí)器 3為時(shí)鐘基準(zhǔn)，捕獲單元 4 檢測(cè)上升沿，捕獲單元 5捕獲下降 沿 = 0。//捕獲單元 1 的堆棧狀態(tài)位為空，即沒(méi)有值壓入堆棧 =0x0500。//捕獲單元 4和 5的堆棧狀態(tài)位為 1，即