畢業(yè)論文--傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號處理方法的研究(含外文翻譯）

1、<p>　　傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號處理方法的研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)基本參數(shù)，同時(shí)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。穩(wěn)定的時(shí)鐘在高性能電子系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。特別是對于傳感器，輸出信號中所攜帶的信息是由信號中的時(shí)間參量頻率表示的，這種頻率即準(zhǔn)數(shù)字信號。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測頻

2、系統(tǒng)使用時(shí)鐘的提高,測頻技術(shù)有了相當(dāng)大的發(fā)展，測頻方法多種多樣，但是精度不盡相同。</p><p>　　DSP數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。傳感器數(shù)字信號處理是利用傳感器對模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行采集并把其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識

3、別的電信號，并利用計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行處理以達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助控制或是計(jì)算機(jī)自動控制的目的。</p><p>　　本文從數(shù)據(jù)處理的基本理論出發(fā)，通過分析±1個(gè)計(jì)數(shù)誤差的來源，介紹了多周期同步等精度測頻法，提出以高性能數(shù)字信號處理器為基礎(chǔ)的硬件實(shí)現(xiàn)框架，并詳細(xì)介紹了硬件實(shí)現(xiàn)的各個(gè)部分以及各個(gè)模塊之間的接口，包括芯片選用、硬件連接和軟件編程。介紹了誤差的來源及結(jié)果精度分析。</p><p>

4、　　關(guān)鍵詞　準(zhǔn)數(shù)字信號；數(shù)字頻率計(jì)；同步等精度；TMS320F2812；</p><p>　　Research On Digital Signal Processing Of Sensor</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Frequency is a basic parameter of electro

5、nics field, meanwhile, it’s a very important parameter. Stable clock is very important in high performance electronics system, determining the system performance directly. With the development of technology of electronic

6、s, the frequency measurement system using higher clock, the frequency measurement technology has very nice development, there are various of methods, but the precisions are not in the same level.</p><p>　　DS

7、P (Digital Signal Processing) is a new subject applied abroad to many areas, it refers to many sciences. Since 60s of 12th century, as the development of computer and information, the technique of Digital Signal Processi

8、ng was born and developed rapidly. Digital signal processing of sensor is a method to process the signal (digital or analog) which captive by sensor and had convert to the digital one, the digital one that can be identif

9、ied by computer. That implemented by computer to come true</p><p>　　In this paper, first discussed the framework and characteristic of data collection and processing system, then based on the instantaneous f

10、requency measurement receivers, as well as to the mode of sampling data formats, the author offers to a project based on high-performance digital signal processor, and explicate the various parts of the hardware and the

11、interface between modules, including chip selection, connecting hardware and software programming. Find out the cause of the error and analyz</p><p>　　Keywords Digital Signal Processing; Digital Frequency M

12、eter; Synchronization Precision;TMS320F2812;</p><p>　　不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p>

13、<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 頻率計(jì)概述1</p><p>　　1.3 頻率計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 DSP微處理器概述3</p><p>　　1.5 傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)

14、4</p><p>　　1.6 論文研究內(nèi)容4</p><p>　　第2章 DSP頻率測量方法的研究5</p><p>　　2.1 本章概述5</p><p>　　2.2 常用的數(shù)字頻率測量方法5</p><p>　　2.2.1 直接測頻方法5</p><p>　　2.2.2 多周期同

15、步等精度測頻方法6</p><p>　　2.3 提高頻率測量精度的方法研究8</p><p>　　2.3.1 采用對標(biāo)頻信號計(jì)數(shù)的修正來提高測量精度8</p><p>　　2.3.2 相檢式多周期同步測頻法9</p><p>　　2.4 本章小結(jié)10</p><p>　　第3章 基于DSP芯片的功能模塊電路設(shè)

16、計(jì)11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成11</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案11</p><p>　　3.3 系統(tǒng)主要硬件的選擇及介紹11</p><p>　　3.3.1 DSP芯片的選擇11</p><p>　　3.3.2 TMS320F2000系列芯片簡介13</p>

17、<p>　　3.3.3 TMS320F2812的特性13</p><p>　　3.3.4 TMS320F2812 EVA模塊特征14</p><p>　　3.3.5 TMS320F2812AD模塊特征15</p><p>　　3.4 DSP外接電源17</p><p>　　3.4.1 TPS73HD318簡介18<

18、;/p><p>　　3.4.2 TPS73HD318原理框圖18</p><p>　　3.4.3 TPS73HD318參數(shù)測量信息18</p><p>　　3.5 DSP外部時(shí)鐘信號19</p><p>　　3.6 信號放大電路19</p><p>　　3.6.1 AD8022的主要特性20</p>

19、<p>　　3.6.2 AD8022的典型應(yīng)用21</p><p>　　3.6.3 AD8022的特殊應(yīng)用21</p><p>　　3.6.4 AD8022的誤差調(diào)整21</p><p>　　3.7 單色液晶屏顯示模塊23</p><p>　　3.8 鍵盤模塊23</p><p>　　3.9 系統(tǒng)

20、硬件連接電路圖24</p><p>　　3.10 本章小結(jié)25</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件總體流程26</p><p>　　4.2 鍵盤定時(shí)中斷掃描26</p><p>　　4.3 LCD顯示處理28</p><p>　　4.4

21、 軟件設(shè)計(jì)分析29</p><p>　　4.5 結(jié)果分析29</p><p>　　4.6 本章小結(jié)30</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b>

22、;</p><p><b>　　附錄A35</b></p><p><b>　　附錄B41</b></p><p><b>　　附錄C46</b></p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘

23、記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對信息傳遞的要求越來越高，低速度，低分辨率，高傳輸失真的模擬信號已大大滿足不了人們信號處理的要求，數(shù)字信號越來越多的被人們所需要，相對與模擬信號來

24、說，數(shù)字信號有著無法比擬的優(yōu)勢：抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲積累；便于加密處理；便于存儲、處理和交換；設(shè)備便于集成化、微型化；便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)；占用信道頻帶較寬。怎樣將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將其無失真的傳輸便成了數(shù)字技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵[1]。</p><p>　　頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)基本參數(shù)，同時(shí)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。穩(wěn)定的時(shí)鐘在高性能電子系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。特別是對

25、于傳感器，輸出信號中所攜帶的信息是由信號中的時(shí)間參量頻率表示的，這種頻率即準(zhǔn)數(shù)字信號。能更快更準(zhǔn)確的對傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號進(jìn)行處理，就能更好的發(fā)揮系統(tǒng)的作用。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中人們關(guān)心的是整個(gè)測量系統(tǒng)的性能。雖然敏感元件本身的特性是整個(gè)測量系統(tǒng)的關(guān)鍵，但只有與適當(dāng)?shù)慕涌谙嘟Y(jié)合，才能具體體現(xiàn)為合乎要求的測量系統(tǒng)。隨著敏感元件和接口電路的大批量生產(chǎn)工藝的技術(shù)進(jìn)步，測量系統(tǒng)的成本大量降低，而接口電路的重要性

26、也越來越突出的體現(xiàn)出來。接口電路已經(jīng)成為整個(gè)信號獲取與處理鏈條中至關(guān)重要的一環(huán)。換句話說，測量系統(tǒng)的整體性能，不僅取決于敏感元件本身，更重要的是取決于被測信號參量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的整個(gè)信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的品質(zhì)[2]。</p><p>　　測量系統(tǒng)的集成化，微型化與智能化的程度，依賴于兩個(gè)方面：一是敏感元件本身的小型化乃至微型化水平。二是與傳感器的檢測及信號傳輸相適應(yīng)的新型接口電路技術(shù)。隨著數(shù)字電路應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的通用

27、數(shù)字集成電路芯片已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)功能的要求，而且隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷增加，所需通用集成電路的數(shù)量呈爆炸性增長，使得電路板的體積迅速膨脹，系統(tǒng)可靠性難以保證。DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其

28、實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色[3]。 </p><p><b>　　頻率計(jì)概述</b></p><p>　　頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域永恒的話題，電子技術(shù)領(lǐng)域離不開頻率，一旦離開頻率電子技術(shù)的發(fā)展是不可想象的，就像現(xiàn)在的人離不開電一樣。為了得到性

29、能更好的電子系統(tǒng)，科研人員在不斷地研究著頻率，CPU就是用頻率的高低來評價(jià)其性能好壞，速度的高低，可見頻率在電子系統(tǒng)中是多么重要。如何才能知道頻率的數(shù)值呢？當(dāng)然是用頻率計(jì)來測量。為了準(zhǔn)確的測出頻率的多少，人們研究出了很多測頻率的方法。根據(jù)測頻工作原理可將頻率測量方法分成以下幾類：</p><p>　　1．是利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率，諧振測頻法和電橋測頻法是這類測量方法的典型代表：前者常用于低頻段的測量

30、，后者主要用于高頻或微波頻段的測量[4]。諧振法的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重要輕、不要求電源等，目前仍獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2．是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率進(jìn)行比較來測量頻率，采用比較法測量頻率，其準(zhǔn)確度取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度。拍頻法、示波器法以及差頻法等均屬此類方法。拍頻法和示波器法主要用于低頻段的測量，差頻法則用于高頻段的頻率測量，它的顯著優(yōu)點(diǎn)是測試靈敏度高。</p><p>　　以上

31、兩種方法適合于模擬電路中實(shí)現(xiàn)，但是模擬電路沒有數(shù)字電路穩(wěn)定，因此數(shù)字電路出現(xiàn)后，馬上就出現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)。目前廣泛使用的計(jì)數(shù)測頻法則適合于數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。該方法是根據(jù)頻率的定義，記下單位時(shí)間內(nèi)周期信號的重復(fù)次數(shù)，因此又稱為電子計(jì)數(shù)器測頻法。</p><p>　　此數(shù)字電路出現(xiàn)后，馬上就出現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)。目前廣泛使用的計(jì)數(shù)測頻法則適合于數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)[5]。該方法是根據(jù)頻率的定義，記下單位時(shí)間內(nèi)周期信號的重復(fù)次數(shù)，因此又

32、稱為電子計(jì)數(shù)器測頻法。</p><p>　　常用數(shù)字頻率測量方法有M法,T法和M/T法。M法是在給定的閘門時(shí)間內(nèi),測量被測信號的脈沖個(gè)數(shù)再進(jìn)行換算得出被測信號的頻率,其測量精度取決于閘門時(shí)間的準(zhǔn)確度和被測信號頻率。當(dāng)被測信號頻率較低時(shí)將產(chǎn)生較大誤差,除非閘門時(shí)間取得很大。T法是通過測量被測信號的周期,然后換算得出被測信號的頻率。其測量精度取決于被測信號的周期和計(jì)時(shí)精度,測信號頻率較高時(shí),對計(jì)時(shí)精度的要求就很高。M

33、/T法具有以上2種方法的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)他通過測量被測信號數(shù)個(gè)周期的計(jì)數(shù)次數(shù),然后換算得出被測信號的頻率,可兼顧低頻與高頻信號,提高了測量精度。但是,M法,T法和M/T法都存在±1計(jì)數(shù)誤差問題。M法在規(guī)定閘門時(shí)間內(nèi)存在±1個(gè)被測信號的脈沖計(jì)數(shù)誤差,T法或M/T法也存在±1個(gè)字的計(jì)時(shí)誤差。這個(gè)問題成為限制測量精度提高的一個(gè)重要原因。</p><p><b>　　頻率計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀<

34、/b></p><p>　　由于社會發(fā)展和科技發(fā)展的需要，信息傳輸和處理的要求的提高，對頻率的測量精度也提出了更高的要求，需要更高準(zhǔn)確度的時(shí)頻基準(zhǔn)和更精密的測量技術(shù)。而頻率測量所能達(dá)到的精度，主要取決于作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源的精度以及所使用的測量設(shè)備和測量方法。目前，國內(nèi)外使用的測頻的方法有很多，有直接測頻法、內(nèi)插法、游標(biāo)法、時(shí)間—電壓變化法、多周期同步法、頻率倍增法、頻差倍增法以及相位比較法等等。直接測頻的方法較

35、簡單，但精度不高。內(nèi)插法和游標(biāo)法都是采用模擬的方法，雖然精度提高了，但是電路設(shè)計(jì)卻很復(fù)雜。時(shí)間—電壓變化法是利用電容的充放電時(shí)間進(jìn)行測量，由于經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，速度較慢，且抗干擾能力較弱。多周期</p><p>　　同步法精度較高的一種。為了進(jìn)一步的提高精度，通常采用模擬內(nèi)插法或游標(biāo)法與多周期同步法結(jié)合使用，雖然精度有了進(jìn)一步的提高，但始終未解決±1個(gè)字的計(jì)數(shù)誤差，而且這些方法設(shè)備復(fù)雜，不利于推廣。頻率誤

36、差倍增法可以減小計(jì)數(shù)器的±1個(gè)字的誤差，提高測量精度。但用這種方法來提高測量精度是有限的，因?yàn)槿缫玫降臏y量精度，就要把被測頻率倍頻到Hz=5000MHz這無論是對倍頻技術(shù)，還是對目前的計(jì)數(shù)器都是很難實(shí)現(xiàn)的。頻差倍增—多周期法是一種頻差倍增法和差拍法相結(jié)合的測量方法。這種方法是將被測信號和參考信號經(jīng)經(jīng)頻差倍增使被測信號的相位起伏擴(kuò)大，在通過混頻器獲得差拍信號，用電子計(jì)數(shù)器在低頻下進(jìn)行多周期測量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時(shí)

37、間情況下，得到比測頻法更高的系統(tǒng)分辨率和測量精度。但是仍然存在著時(shí)標(biāo)不穩(wěn)而引入的誤差和一定的觸發(fā)誤差。以上只是對現(xiàn)存的幾種主要的測頻方法的概述，很顯然從以上的分析中知道：不同的測頻方法在不同的應(yīng)用條件下是具有一定的優(yōu)勢的，而在本論文中，主要討論多周期同步測頻法，本測頻法主要是消除了被測信號的1個(gè)字的誤差，而且在DSP上實(shí)現(xiàn)，具有很大的優(yōu)勢。</p><p><b>　　DSP微處理器概述</b&g

38、t;</p><p>　　DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的

39、強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。 </p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)： </p><p>　　1．在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； </p><p>　　2．程序和

40、數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；</p><p>　　3．片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問。</p><p>　　4．具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； </p><p>　　5．快速的中斷處理和硬件I/O支持； </p><p>　　6．具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器； </p>

41、<p>　　7．可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；</p><p>　　8．支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 </p><p><b>　　DSP的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1．對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響??；</p><p>　　2．容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI</p

42、><p>　　3．可以時(shí)分復(fù)用，共享處理器；</p><p>　　4．方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；</p><p>　　5．可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、</p><p><b>　　級聯(lián)、易于存儲等；</b></p><p>　　6．可用于頻率非常低的信號。</

43、p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p><b>　　1．需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；</b></p><p>　　2．受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；</p><p>　　3．?dāng)?shù)字系統(tǒng)由耗電的有源期間構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。</p><p>　　當(dāng)然，與通用微處理器相比，D

44、SP芯片的其他通用功能相對較弱些。</p><p>　　傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)</p><p>　　傳感器準(zhǔn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)是指信號通過傳感器并由傳感器輸出準(zhǔn)數(shù)字信號形式測量參量，一般輸出的是頻率信號，將該頻率信號通過數(shù)字頻率計(jì)測量出并交由處理器進(jìn)行處理的系統(tǒng)。</p><p>　　在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中，頻率測量是尤為關(guān)鍵的一步，頻率測量的好壞直接影響到下一步處理器

45、處理的實(shí)現(xiàn)程度。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的好壞的參量有：測頻范圍；測量精度以及響應(yīng)特性。</p><p><b>　　論文研究內(nèi)容</b></p><p>　　本論文主要研究的內(nèi)容有：介紹頻率計(jì)的意義、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。介紹常用的測頻方法、原理。比較其各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。重點(diǎn)引出多周期同步等精度頻率測量方法，闡述其原理及計(jì)算機(jī)

46、實(shí)現(xiàn)方法。介紹DSP芯片在數(shù)字信號處理中的優(yōu)勢，簡述其性能及選擇其為本設(shè)計(jì)主芯片的理由。介紹了利用TMS320F2812芯片進(jìn)行多周期同步等精度測頻法測頻的硬件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及軟件流程。分析了誤差及誤差形成的原因，思考了發(fā)展趨勢，設(shè)想了改進(jìn)方法。</p><p>　　DSP頻率測量方法的研究</p><p><b>　　本章概述</b></p><p&

47、gt;　　用于頻率測量的方法有很多，頻率測量的準(zhǔn)確度主要取決于所測量的頻率范圍以及被測對象的特點(diǎn)。而測量所能達(dá)到的精度，不僅僅取決于作為標(biāo)準(zhǔn)使用的頻率源的精度，也取決于所使用的測量設(shè)備和測量方法。因此，下面介紹幾種常用的頻率測量方法，分析他們的優(yōu)缺點(diǎn)，從而提出全本文所使用的頻率測量方法。</p><p>　　常用的數(shù)字頻率測量方法</p><p><b>　　直接測頻方法<

48、/b></p><p>　　直接測頻法是最簡單的，也是最基本的頻率測量方法，在測量過程中，依據(jù)信號頻率高低的不同，測量方法也可以分為兩種：</p><p>　　1．被測信號頻率較高時(shí)（M法）</p><p>　　通常選用一個(gè)頻率較低的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號作為閘門信號，而將被 測信號作為充脈沖，在固定閘門時(shí)間內(nèi)對其計(jì)數(shù)。設(shè)閘門寬度為T，計(jì)數(shù)值為N，則

49、這種測量方法的頻率測量值為： </p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　測量誤差主要決定于閘門時(shí)間T和計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)器計(jì)得的數(shù)的準(zhǔn)確度，因此，總誤差可以采用分項(xiàng)誤差絕對值線性相加來表示，即：</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　其中，是最大量化

50、誤差的相對值， </p><p>　　，的產(chǎn)生是由于測頻時(shí)，閘門的開啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系不相關(guān)造成的，即在相同的主門開啟時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器所得的數(shù)并不一定相同。當(dāng)主門開啟時(shí)間T接近甚至等于被測信號周期Tx的整數(shù)倍時(shí)，量化誤差最大，最大量化誤差為的個(gè)數(shù)。為標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度，在數(shù)值上石英晶體振蕩器所提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度等于閘門時(shí)間的相對誤差的準(zhǔn)確度，即：</p><p><b&g

51、t;　　（2—3）</b></p><p>　　式中負(fù)號表示由引起的閘門時(shí)間的誤差為。</p><p>　　通常，對標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度的要求是根據(jù)所要求的測頻準(zhǔn)確度而提出來的。因此，為了使標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差不對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度應(yīng)高于被測信號準(zhǔn)確度至少1個(gè)數(shù)量級[6]。因此，測量較高的信號頻率時(shí)，若一定，閘門時(shí)間T越長，測量準(zhǔn)確度越高，當(dāng)T選定后，越高，個(gè)數(shù)字誤差對測量

52、結(jié)果影響減小，測量準(zhǔn)確度越高。</p><p>　　2．被測信號頻率較低時(shí)（T法）</p><p>　　通常被測信號被選作閘門信號，而將頻率較高的標(biāo)頻信號作為填充脈沖，進(jìn)行計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)值為N，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的頻率為，周期為，則有：</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　使用這種方法測頻的誤差主

53、要是對標(biāo)頻信號計(jì)數(shù)產(chǎn)生的個(gè)數(shù)字誤差，在忽略標(biāo)準(zhǔn)頻率信號自身誤差的情況下，測量精度為：</p><p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　由上可知：直接測頻方法的優(yōu)點(diǎn)是：測量方便，讀數(shù)直接，在比較寬的頻率范圍內(nèi)能夠獲得較高的測量精度[7]。它的缺點(diǎn)是：由于被測信號個(gè)數(shù)字誤差的存在，難以兼顧低頻和高頻實(shí)現(xiàn)等精度測量，所以測量精度較低。</p>

54、<p>　　多周期同步等精度測頻方法</p><p>　　頻率是周期信號在單位時(shí)間內(nèi)的重復(fù)次數(shù),電子計(jì)數(shù)器可以對一個(gè)周期信號發(fā)生的次數(shù),進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果某一信號在T秒時(shí)間間隔內(nèi)的重復(fù)次數(shù)為N次,則該信號的頻率f為：</p><p><b>　　（2—6）</b></p><p>　　測量原理：多周期同步等精度測頻是在直接測頻基礎(chǔ)上發(fā)

55、展起來的，在目前的測頻系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由硬件控制計(jì)數(shù)的門閘時(shí)間，當(dāng)預(yù)置門信號(即定閘門信號)為高電平時(shí)，基準(zhǔn)信號計(jì)數(shù)器和被測信號計(jì)數(shù)器并不啟動，而是等被測信號的上升沿來到時(shí)才同時(shí)開始計(jì)數(shù)；當(dāng)預(yù)置們信號為低電平時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器并不馬上關(guān)閉，同樣要等到被測信號上升沿來到后再關(guān)閉；于是，實(shí)際閘門時(shí)間就是被測信號周期的整數(shù)倍，從而實(shí)現(xiàn)了閘門與被測信號的同步。它在測頻時(shí)，閘門時(shí)間不是固定的，而是被測信號的整數(shù)倍，即與被測信號保持同步，

56、因此消除了對被測信號計(jì)數(shù)所產(chǎn)生的個(gè)數(shù)字誤差，使測量精度大為提高，測量原理框圖如圖2-1所示，測量原理的波形如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-1 多周期同步測頻原理框圖</p><p>　　圖2-2 多周期同步測頻原理波形圖</p><p>　　測量時(shí)，首先預(yù)置閘門開啟信號，此時(shí)計(jì)數(shù)器并不計(jì)數(shù)，等被測信號上升沿到來時(shí)，觸發(fā)器輸出計(jì)數(shù)允許信號（實(shí)際閘門信號），

57、計(jì)數(shù)器1對標(biāo)準(zhǔn)信號計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器2對被測信號計(jì)數(shù)，預(yù)置閘門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器并不立即結(jié)束計(jì)數(shù)，而是等到被測信號上升沿到來時(shí)才停止計(jì)數(shù)，完成測量過程。</p><p>　　若計(jì)數(shù)器1對標(biāo)準(zhǔn)信號的計(jì)數(shù)值為，計(jì)數(shù)器2對被測信號的計(jì)數(shù)值，則被測信號頻率為：</p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　運(yùn)算器對式（2—7）進(jìn)行運(yùn)算，由顯

58、示器顯示運(yùn)算結(jié)果，即為被測信號的頻率值。</p><p><b>　　誤差分析：</b></p><p><b>　　由誤差合成公式有：</b></p><p><b>　　（2—8）</b></p><p>　　在（2—8）中第一項(xiàng)為被測信號引起的量化誤差，由于實(shí)際閘門與被測

59、信號同步，所以，即消除了被測信號計(jì)數(shù)所產(chǎn)生的個(gè)字的量化誤差，由此得到最大相對誤差為：</p><p><b>　　（2—9）</b></p><p>　　式（2—9）說明頻率測量的相對誤差與被測信號的頻率無關(guān)，其大小主要取決于閘門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)信號頻率，因而實(shí)現(xiàn)了頻帶內(nèi)等精度、高精度的測量。當(dāng)合理選擇閘門時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)信號頻率，既可保證測量精度，又可提高測量速度，因此多周期同

60、步測頻法得到了廣泛的應(yīng)用。而且由（2—9）式可知：閘門時(shí)間T越長，時(shí)基頻率越高，分辯率越高，誤差愈小。但是，多周期同步測頻法還是沒能夠是時(shí)基信號與被測信號以及閘門信號三者同步，從而產(chǎn)生的時(shí)基信號的±1個(gè)字的量化誤差還沒有消除。</p><p>　　提高頻率測量精度的方法研究</p><p>　　在多周期同步測頻方法中，已經(jīng)消除了被測信號的個(gè)字的量化誤差，但是對標(biāo)頻信號的個(gè)字的量化

61、誤差還沒有得到很好的解決。因此，下面在多周期同步測頻方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析提高測量精度的基本方法[8]。</p><p>　　采用對標(biāo)頻信號計(jì)數(shù)的修正來提高測量精度</p><p>　　雙計(jì)數(shù)測頻方法在多周期同步測頻的基礎(chǔ)上，提高測頻的精度。我們可以分別把標(biāo)準(zhǔn)頻率的上升沿和下降沿分別作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，最后的N等于2個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的算術(shù)平均值。其實(shí)這種方法相當(dāng)于在不改變系統(tǒng)的工作頻率的

62、情況下讓其達(dá)到2倍頻的效果，以2的時(shí)鐘頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而將測量精度提高到原來的兩倍。例如直接用100MHz的作為標(biāo)頻計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，最大計(jì)數(shù)誤差為10ns，而雙沿計(jì)數(shù)的等效時(shí)鐘則為200MHz，計(jì)數(shù)誤差為5ns，同時(shí)，系統(tǒng)的最大工作頻率并沒有改變。</p><p>　　數(shù)字移相測頻：這種思想與雙計(jì)數(shù)測頻具有累似的地方[9]。所謂移相是以一路信號為參考，另一路信號的相位相對于參考信號超前或滯后的移動。原理如圖2-3所示

63、。</p><p>　　圖2-3 移相測頻原理圖</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過移相得到clk0、clk1、clk2、clk3，而clk1、clk2、clk3相對與clk0依次移相90度、180度、270度。四路信號分別作為計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2、計(jì)數(shù)器3、計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)脈沖，同時(shí)使T1為Tx的整數(shù)倍，并把T1作為所有計(jì)數(shù)器的開始信號，N=（N0+N1+N2+N3）/4。但是由于clk1、c

64、lk2、clk3是的二分頻，所以這種方法對于提高測頻精度和雙計(jì)數(shù)測頻法是等效的，但是電路要復(fù)雜一些。如果采用FPGA內(nèi)部資源來實(shí)現(xiàn)不分頻情況下的精確移相，則其精確度可以提高4倍。總之，以上兩種方法可以在一定程度上提高頻率測量的精確度，但是還是很難抑制標(biāo)準(zhǔn)頻率信號所產(chǎn)生的±1個(gè)字的量化誤差。西安電子科技大學(xué)周渭發(fā)明了相檢式多周期同步測頻方法，能夠采用相對簡單的技術(shù)在同一閘門時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號和待測頻率信號的整周期數(shù)進(jìn)行計(jì)

65、數(shù)，從而可獲得很高的測頻精度。</p><p>　　相檢式多周期同步測頻法</p><p>　　相檢式多周期同步測頻法的原理：</p><p>　　當(dāng)被測頻率量與標(biāo)準(zhǔn)頻率量之間有頻率差時(shí)，兩信號的相對相位會隨時(shí)間周期性變化。采用特定的相位檢測電路，可以檢測出被測頻率信號相位重合的信息，并產(chǎn)生相應(yīng)的相位重合脈沖，用此脈沖作為實(shí)際計(jì)數(shù)閘門的開門相關(guān)門信號。圖2-4是實(shí)際

66、應(yīng)用該方法的信號時(shí)序圖。</p><p>　　圖2-4 相檢式多周期同步測頻發(fā)原理圖</p><p>　　和分別為被測頻率信號和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，為預(yù)定閘門時(shí)間（可以是0.1s,1s,10s），由單片機(jī)系統(tǒng)定時(shí)給定。當(dāng)上升為高電平給出預(yù)開門信號后，相位檢測電路開始工作，而對和的計(jì)數(shù)并沒有真正開始，直到隨后和0同時(shí)達(dá)到上升沿或下降沿時(shí)，相位檢測電路將產(chǎn)生相應(yīng)的相位重合脈沖，用它打開真正的計(jì)數(shù)閘門

67、，兩路計(jì)數(shù)器同時(shí)對和分別進(jìn)行計(jì)數(shù)；經(jīng)過預(yù)定閘門時(shí)間后，單片機(jī)給出預(yù)關(guān)門信號，但計(jì)數(shù)并沒有停止，直到隨后的第一個(gè)相位重合脈沖到來時(shí)才同時(shí)關(guān)閉兩路計(jì)數(shù)器，這樣，兩計(jì)數(shù)器計(jì)得得分別是被測頻率信號與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的整周期數(shù)和。對于以知得有：</p><p><b>　　（2—10）</b></p><p>　　用此方法測量頻率，理論上測量結(jié)果得誤差只取決于相位檢測電路得相位重合

68、檢測精度δ（如使用74SXX系列得高速器件可使這個(gè)檢測精度在時(shí)間軸上滿足δ≤3ns）。但是，實(shí)際上在這種測量方法中，待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號得頻率值，頻率差得大小都會對實(shí)際閘門時(shí)間得長短有影響[10]。例如，當(dāng)待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率值相等或成整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍的關(guān)系時(shí)，一旦兩信號有相位差，就不會有相位重合的時(shí)刻，兩信號頻差越小，實(shí)際的閘門時(shí)間就越長。另外，待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率值，頻率差也對測量結(jié)果的誤差有影響。分析表明，當(dāng)頻率差不大時(shí)，兩信

69、號的相位從分離到重合是完全有規(guī)律的按一定的步長變化的。單片機(jī)給出預(yù)開門信號到相檢電路檢測到隨后第一個(gè)相位重合信息并打開閘門的過程，與單片機(jī)給出預(yù)關(guān)門信號到相檢電路檢測到隨后第一個(gè)相位重合信息并關(guān)閉閘門的過程是完全一致的，因此，盡管相檢電路檢測相位重合的精度為δ，但由于閘門開啟和關(guān)閉是兩信號相位變化過程的一致性，這個(gè)δ被最大限度的抵消了，測量精度就越高。但頻差太小，兩信號相位重合的頻率也很小，由圖2.4可知，實(shí)際閘門時(shí)間為Tgreal=T

70、g-T1+T2，當(dāng)T2變大時(shí)會使得實(shí)際得閘門時(shí)間太長</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章闡述了用多周期同步等精度法測量待測信號的方法，并闡述了用DSP實(shí)現(xiàn)這種方法的技術(shù)原理，同是也介紹了其他一些較常見的頻率測量的方法，并簡單對比了，從原理上進(jìn)行了精度分析，可行性分析及誤差來源的預(yù)測，為后面的硬件方針做了理論闡述。</p>

71、<p>　　基于DSP芯片的功能模塊電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成</b></p><p>　　本章闡述了基于DSP芯片的功能模塊電路設(shè)計(jì)，列出了所選擇的硬件及其參數(shù)，并根據(jù)要求設(shè)計(jì)了硬件電路連接圖。如圖 3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成</p><p><

72、;b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)可以完成頻率、周期和占空比的測量,設(shè)計(jì)的總體電路由DSP主控電路、計(jì)數(shù)電路、小信號放大整形電路、串口通信電路、數(shù)碼顯示電路和功能鍵選擇組成。其工作過程是:根據(jù)功能鍵的判鍵結(jié)果(測頻率、測周期還是測占空比),DSP發(fā)出啟動等控制信號和1S的閘門,完成對閘門的同步和在閘門時(shí)間內(nèi)分別對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號進(jìn)行計(jì)數(shù),然后將兩組計(jì)數(shù)值(各32位)

73、分8次送給DSP,DSP完成數(shù)值轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的浮點(diǎn)運(yùn)算,最后將運(yùn)算結(jié)果送8位數(shù)碼管動態(tài)顯示。通過串口通信和上位機(jī)程序,測量過程也可以在PC機(jī)控制下完成,并將測量結(jié)果送到PC中記錄,完成采集功能本嵌入式數(shù)字頻率計(jì)的硬件電路主要包含6個(gè)部分：AD8022運(yùn)算放大器，TPS73HD318電源，CRYSTAL_P外部時(shí)鐘信號，TMS320F2812數(shù)字信號處理模塊，單色液晶屏模塊(CM320*240)和4*2矩陣鍵盤模塊，系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所

74、示。</p><p>　　信號處理過程：在鍵盤控制下，TMS320F2812根據(jù)4*2鍵盤發(fā)出的命令實(shí)時(shí)地將要轉(zhuǎn)換的模擬信號經(jīng)過電壓比較器形成的方波信號直接輸入捕獲單元的輸入引腳，再通過軟件濾波將捕獲到的數(shù)據(jù)經(jīng)過多周期同步測量算法處理后直接送到單色液晶屏顯示，當(dāng)再次進(jìn)行通道選擇時(shí)，可通過鍵盤進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。</p><p>　　系統(tǒng)主要硬件的選擇及介紹</p><p>

75、;<b>　　DSP芯片的選擇</b></p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP是基于可編程超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一門重要技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于通信控制、信號處理、儀器儀表、醫(yī)療、家電、軍事、工業(yè)檢測、及消費(fèi)類產(chǎn)品。DSP芯片的快速數(shù)據(jù)采集與處理功能以及片上集成的各種功能模DSP的應(yīng)用于各種場合提供了可能。DPS芯片的內(nèi)部采用程序和

76、數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DPS指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。世界上第一個(gè)單片數(shù)字信號處理器（DSP）芯片應(yīng)當(dāng)是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是數(shù)字信號處理器（DSP）芯片的一個(gè)里程碑，這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代數(shù)字信號處理器（DSP）芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出μPD7720是第一個(gè)

77、具有乘法器的商用數(shù)字信號處理器（DSP）芯片。在這之后，數(shù)字信號處理器（DSP）芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛。從運(yùn)算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時(shí)間已經(jīng)從20世紀(jì)80年代初的400ns（</p><p>　　將DSP技術(shù)應(yīng)用在采集系統(tǒng)中，DSP將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)再送往微機(jī)進(jìn)行記錄、顯示。實(shí)際上它也參與數(shù)據(jù)采集工作，使采集功能大為提高。</

78、p><p>　　在國內(nèi)，常用的是TI公司生產(chǎn)的TMS320系列的處理器，以下是TMS320系列的基本結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)[13]：</p><p>　　采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可同時(shí)訪問指</p><p>　　令和數(shù)據(jù)空間，數(shù)據(jù)在程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器之間進(jìn)行傳輸。</p><p>　　高度的可并行性操作，在一個(gè)指令周期內(nèi)可完

79、成多重操作，一般能夠完</p><p>　　成一次乘法和一次加法。</p><p>　　支持流水處理。在處理器內(nèi)對每條指令的操作可分為取指令、譯碼、執(zhí)</p><p>　　行等幾個(gè)階段，每個(gè)階段稱為一級流水。流水處理是指在某一時(shí)刻同時(shí)對若干條指令進(jìn)行不同階段的處理。TI的TMS32O系列具有四重流水線，既在理想情況下，可以對四條指令進(jìn)行不同階段的處理，大大提高了程序

80、運(yùn)行的速度。</p><p>　　片內(nèi)含有專門的硬件乘法器和高性能的運(yùn)算器及累加器，能夠在每秒鐘</p><p>　　內(nèi)處理數(shù)以千萬次乃至數(shù)億次定點(diǎn)或浮點(diǎn)運(yùn)算，其處理速度比以往最快的CP處理器還快數(shù)十倍。為滿足數(shù)字信號處理運(yùn)算，如:FFT、卷積等運(yùn)算的特殊要求，多數(shù)DSP的指令系統(tǒng)中設(shè)置有循環(huán)尋址及位倒序指令和其它特殊指令，使在作這些運(yùn)算時(shí)尋址、排序及計(jì)算速度都大幅度提高，例如有些DPS做

81、1024點(diǎn)復(fù)數(shù)FTF所需要時(shí)間已達(dá)到微秒級。</p><p>　　新型DSP大多設(shè)置了單獨(dú)的地址總線及其控制器，在基本不影響DSP</p><p>　　處理速度的情況下，作為高速的并行數(shù)據(jù)傳送，其傳送速度可達(dá)到每秒百兆字節(jié)。</p><p>　　豐富的片內(nèi)存儲硬件和靈活的尋址方式為數(shù)據(jù)處理應(yīng)用提供良好條件。</p><p>　　DPS主要面向

82、數(shù)據(jù)處理，對數(shù)據(jù)訪問和處理速度有很高的要求，同時(shí)又需要大量的數(shù)據(jù)存儲空間，并根據(jù)這些應(yīng)用特點(diǎn)，DPS片內(nèi)基本上都有以M、ORM、FLASH等存儲空間，并通過不同的片內(nèi)總線訪問這些空間，因此不存在總線競爭和速度匹配問題，大大提高了數(shù)據(jù)讀寫的速度。</p><p>　　新型DSP不但具有高速的數(shù)據(jù)處理能力，而且配置了越來越多的其它</p><p>　　部件，如A/D，比較器、SPI、SCI、P

83、WM、CAN等。</p><p>　　DSP芯片按用途分類分為：通用型、專用型兩種，按數(shù)據(jù)格式可分為：浮點(diǎn)型、定點(diǎn)型兩種。</p><p>　　TMS320F2000系列芯片簡介</p><p>　　傳統(tǒng)的DPS芯片數(shù)據(jù)處理能力非常強(qiáng)大，但它控制能力卻很弱，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)往往需要添加很多接口電路。TI公司近年推出的TMS320C2000系列改變了這一局面[15]。TMS

84、320C2000系列DSP是TI公司繼第二代定點(diǎn)DSP處理器TMS320CZX和第三代定點(diǎn)DPSTMS320CSX之后出現(xiàn)的一種低價(jià)格、高性能的DPS芯片。它的體系結(jié)構(gòu)專為實(shí)時(shí)控制及實(shí)時(shí)信號處理而設(shè)計(jì)，所配置的片內(nèi)外設(shè)為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案。其中其通用定時(shí)器、脈寬調(diào)制電路、捕捉器、光電編碼器、A/D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、CAN控制器、看門狗等片內(nèi)外設(shè)為將DPS應(yīng)用于智能測控、電機(jī)控制、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域提供了豐富的資源。

85、</p><p>　　TMS320F2812的特性</p><p>　　TMS320F2812是TMS320C28x系列芯片中性能最好的一種，最高頻頻率為150MHz，處理速度可達(dá) 150MIPS，指令周期為6.67ns，采用了8級流水線的工作方式，TMS320F2812芯片中集中了一個(gè)偽雙12位A/D轉(zhuǎn)換器模塊。 CCS(Code Composer Studio)是TI公司推出的為開發(fā)T

86、MS320系列DSP軟件的集成環(huán)境(IDE)。CCS工作在Windows操作系統(tǒng)下，類似于VC++的集成開發(fā)環(huán)境，采用圖形接口界面，提供有編輯工具和管理工具。它將多種代碼產(chǎn)生工具和匯編器、鏈接器、C/C+十編譯器、建庫工具等集成在一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)平臺中，并且CCS具有開放式的架構(gòu)，使TI和第三方能通過無縫插入附加專用工具擴(kuò)展IDE功能。CCS所集成的代碼調(diào)試工具具各種調(diào)試功能，包括了原TI公司提供的C/C++源代碼調(diào)試器和模擬器所具有的所

87、有功能，能對TMS320系列DSP進(jìn)行指令級的仿真和進(jìn)行可視化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。此外還提供了豐富的輸入/輸出庫-函數(shù)和信號處理的庫函數(shù)，極大地方便了TMS320系列DSP軟件的開發(fā)過程。仿真器即擴(kuò)展開發(fā)系統(tǒng)，可用來進(jìn)行系統(tǒng)級的集成調(diào)試，是進(jìn)行</p><p>　　TMS320F2812是2000系列中功能最為強(qiáng)大的DSP芯片，它是一種32位DSP，片內(nèi)有128KFLASH、18KSRAM、UART、561/0、12

88、MAD+16路輸入、指令處理速度高達(dá)150MPIS等。此DPS2003年樣片推出，經(jīng)過了試用期，現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟。國內(nèi)公司己經(jīng)開始陸續(xù)使用，其開發(fā)工具完備，購買渠道暢通，價(jià)格低廉，是一款非常適合我們需要的控制芯片。下面是TMS320F2812主要特點(diǎn)：</p><p>　　采用高性能的CMOS技術(shù)</p><p>　　150 MHz (6.67ns-Cycle Time)</p>

89、;<p>　　Low- Power (1.8-v Core, 3.3-vI/O) Design</p><p>　　3.3-v Flash Programming Voltage</p><p><b>　　2．片上存儲器：</b></p><p>　　FLASH 128k x 16位</p&g

90、t;<p>　　SARAM 18k x 16位</p><p>　　BOOT ROM 4k x 16位</p><p>　　OTP ROM 1k x 16位</p><p>　　可擴(kuò)展的片外1M存儲器接口</p><p><b>　　片上外設(shè)：&

91、lt;/b></p><p>　　PWM 12路</p><p>　　QEP 6通道</p><p>　　ADC2XS通道，12位，80ns轉(zhuǎn)換時(shí)間，0一V3輸入量程</p><p>　　SCI異步串口2通道</p><p>　　MCBPS同步

92、串口l通道</p><p><b>　　CANI通道</b></p><p>　　SP[同步串口1通道</p><p><b>　　A/D</b></p><p>　　片內(nèi):16通道，12位分辨率</p><p><b>　　工作環(huán)境：</b></

93、p><p>　　A：-40度到85度</p><p>　　S：-40度到125度</p><p>　　TMS320F2812 EVA模塊特征</p><p>　　TMS320F2812提供兩個(gè)事件管理器EVA和EVB模塊，用于運(yùn)動控制和電機(jī)控制。每個(gè)事件管理器模塊都含有：</p><p>　　1．兩個(gè)16位通用可編程定時(shí)器

94、</p><p>　　2．二個(gè)全比較單元和與之對應(yīng)的PWM電路</p><p>　　3．三個(gè)捕獲單元CAP</p><p>　　4．正交編碼脈沖QEP電路</p><p><b>　　5．中斷邏輯</b></p><p>　　TMS320F2812AD模塊特征</p><p&g

95、t;　　本系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換采用TMS32OF2812內(nèi)部ADC模塊，此模塊是一個(gè)12位、具有流水線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙采樣保持器(S/H)，可多路選擇16通道輸入，快速轉(zhuǎn)換時(shí)間運(yùn)行在25MHz、或12.SM，輸入電壓范圍0--3V，單次轉(zhuǎn)換時(shí)間200ns，流水線轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換時(shí)間60ns，A優(yōu)模塊有兩個(gè)獨(dú)立的排序器，可以工作在雙排序器模式和級聯(lián)排序模式。</p><p>　　1．下圖是ADC結(jié)構(gòu)框圖，圖中的ADCN

96、I0到ADCIN15為16個(gè)模擬輸入引腳，經(jīng)排序器排序，由多路選擇器選擇出要轉(zhuǎn)換的通道，送入AD/轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存在結(jié)果寄存器RESULTn中。如圖 3-4所示。</p><p>　　圖3-4 TMS320F2812 ADC結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2．級連排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖</p><p>　　級連排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如圖 3-5所示

97、。</p><p>　　圖 3-5 級連排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖</p><p>　　在級連模式下，16通道轉(zhuǎn)換總時(shí)間為：</p><p>　　T=17*Tadcclk+18*(1+ACQPS)*Tadcclk</p><p>　　表3-1 為不同時(shí)鐘時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間：</p><p>　　3．雙排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序

98、圖</p><p>　　雙排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如圖 3-6所示。</p><p>　　圖3-6 雙排序器模式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)序圖</p><p>　　在雙排序模式下，16通道轉(zhuǎn)換總時(shí)間為：</p><p>　　T=9*2*Tadcclk+9*(1+ACQPS)*Tadcclk</p><p>　　表3-2 為不同時(shí)鐘

99、時(shí)的16通道轉(zhuǎn)換總時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間：</p><p><b>　　DSP外接電源</b></p><p>　　TMS320F2812由外部電源供電采用雙路輸出低壓降（LDO）穩(wěn)壓器TPS73HD318。管腳及電路連接圖如圖 3-7所示。</p><p>　　圖3-7 穩(wěn)壓器TPS73HD318</p><p>　　TPS73

100、HD318簡介</p><p>　　TPS73HD3XX系列穩(wěn)壓器用緊湊的封裝提供了低壓差電壓和雙輸出。主要供DSP應(yīng)用，這些器件可用于任何混合輸出電壓調(diào)節(jié)器的應(yīng)用與支持多達(dá)七百五十毫安。低靜態(tài)電流和非常低壓降保證最大功率使用電池供電的應(yīng)用。德州儀器Power PADTSSOP封裝允許使用這些設(shè)備與任何電壓/電流組合范圍內(nèi)的上市規(guī)格不熱的問題，提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)備安裝程序得到遵守。單獨(dú)投入讓設(shè)計(jì)師來配置所需的權(quán)力來源。

101、雙有源低復(fù)位信號允許重置核心邏輯和I / O分開。遙感/反饋終端管制的負(fù)荷。那個(gè)TPS73HD3xx有28引腳PowerPAD TSSOP封裝。他們運(yùn)行的自由空氣溫度范圍-40°C至125°C。</p><p>　　TPS73HD318原理框圖</p><p>　　TPS73HD318原理框圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 TPS

102、73HD318原理框圖</p><p>　　TPS73HD318參數(shù)測量信息</p><p>　　TPS73HD318測試電路如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 TPS73HD318測試電路</p><p>　　TPS73HD318電壓波形如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 TPS73HD3

103、18電壓波形</p><p><b>　　DSP外部時(shí)鐘信號</b></p><p>　　由于多周期同步等精度測頻法中，測量精度很大程度上取決于標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率，即標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率越高越好，所以對TMS320F2812采取外界時(shí)鐘信號的方式，可以提高測量精度。外部時(shí)鐘信號如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11外界晶振CRYSTAL_P&

104、lt;/p><p><b>　　信號放大電路</b></p><p>　　AD8022集成數(shù)據(jù)采集放大器可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)采集。它線性好，并具有高共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數(shù)12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。AD8022通常用于電阻傳感器(電熱調(diào)節(jié)器、應(yīng)變儀等)構(gòu)成的橋式傳感器放大器以及過程控制、儀器儀表、信息處理和醫(yī)療儀器等方面。<

105、/p><p>　　AD8022的主要特性</p><p>　　AD8022可以提供高精度的信號調(diào)理，它的輸出失調(diào)電壓漂移小于1V／℃ ，輸入失調(diào)電壓漂移低于2V／℃，共模抑制比高于80dB(在G=1000時(shí)為ll0dB)，G=l時(shí)的最大非線性增益為0．001％ ，典型輸入阻抗為。AD8022使用了自動激光調(diào)整的薄膜電阻，因而公差小、損耗低、體積小、性能可靠。同時(shí)，AD8022還具有單片電路和標(biāo)

106、準(zhǔn)組件放大器的最好特性，是一種高性價(jià)比的放大器。為適應(yīng)不同的精確度要求和工作溫度范圍，AD8022提供有三種級別。其中A和B為工業(yè)級，可用于-25～ +85℃ 。S為軍事級，用于-55～ +125℃AD8022可以提供四種漂移選擇。輸出失調(diào)電壓的最大漂移隨著增益的增加而增加。失調(diào)電流漂移所引起的電壓誤差等于失調(diào)電流漂移和不對稱源電阻的乘積。另外，AD8022的非線性增益將隨關(guān)閉環(huán)增益的降低而增加。AD8022放大器的共模抑制比的測量環(huán)境

107、條件為±10V，使用阻值為的不對稱電阻。在低增益情況下，共模抑制比主要取決于薄膜電阻的穩(wěn)定性，但由于增益帶寬的影響AD8022在60Hz以下頻率時(shí)相對比較恒定。但在有限的帶寬中，AD8022的相移將隨著直流共模抑制比的升高而增</p><p>　　圖3-12 D8022運(yùn)算放大器</p><p>　　AD8022作為前端模擬處理。AD8022是一款性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、具有低噪聲和

108、低失真特性的高性能8引腳雙運(yùn)算放大器。其內(nèi)部電路輸入級是NPN差分對，與之對應(yīng)的后面驅(qū)動是PNP對，輸出緩沖級是工作在A類的放大的射頻跟隨器。當(dāng)閉環(huán)增益提高時(shí)，AD8022可驅(qū)動更大的容性負(fù)載，輸出不會產(chǎn)生震蕩。本系統(tǒng)采用開環(huán)方式實(shí)現(xiàn)電壓比較器，可以將-15V—+15V的外界模擬信號，經(jīng)過電壓求和電路輸出0V—3V的模擬信號(即圖3中的引腳3處)，為抑制共模抑制比將其輸入到同相端，而在反相端輸入+1.5V的比較電平，這樣，在輸出端即引腳

109、6處可得到占空比為50%的方波，其中電容C5起抑制高頻噪聲的作用。</p><p>　　AD8022的典型應(yīng)用</p><p>　　圖3-13是AD8022應(yīng)用于橋型放大電路時(shí)的典型電路圖。該電路可在低電壓、高阻抗、大噪聲的環(huán)境中獲得最佳性能。當(dāng)然，這需要正確的屏蔽和接地。在圖3-11電路中，信號地和AD8022直接連接，從而形成了輸入放大器的偏置電流回路。用戶在設(shè)計(jì)時(shí)，可以像圖3-13所

110、給電路那樣直接連接，也可以通過小于1M的電阻間接連接。為了降低噪音，輸入管腳和增益電阻應(yīng)被屏蔽。利用自舉電路可實(shí)現(xiàn)無源數(shù)據(jù)的保護(hù)以改善交流共模抑制比。這種方法可減小差分相移，同時(shí)也可抑制系統(tǒng)帶寬的下降。利用圖3-13這種平衡設(shè)計(jì)不需使用外部旁路電容就可以獲得較理想的性能。但如果信號源被置于遠(yuǎn)處(10英尺或更遠(yuǎn))或者攜帶超過幾千毫伏的噪音時(shí)，就需要使用旁路電容來獲得更好的性能。參考端和補(bǔ)償端可以對遠(yuǎn)距離負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償，也可用于調(diào)整共模抑制比