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多功能计数器

作者:黄华时间:2012-09-17来源:电子产品世界收藏

  摘要 :本文设计了一种以超低功耗MSP430F149为控制器,以高速的实现等精度测量正弦信号的频率、周期和相位差的多功能。在设计中依据等精度计数原理,应用的数学运算和控制功能,利用f=1/T实现了频率和周期的统一处理;采用相位-时间转换方法,根据完成了相位差测量。此外,利用外加模拟通道,实现了对正弦波小信号的预处理,使得该能够在较宽的频率范围和幅度范围内进行测量。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/136867.htm

  系统方案

  方案1:采用实现。被测信号经调理后送入单片机,利用其内部的完成计数,然后再进行数据处理和显示,但单片机在处理高速信号时略显吃力。

  方案2:利用对调理后的被测信号实现高速计数,单片机软件执行高精度浮点数运算并显示。单片机完成系统的数据处理、逻辑控制和人机交互功能;大规模现场可编程器件()实现外围计数功能。电路框图如图1所示。  

 

  方案比较与选择:方案1用外围电路配合单片机实现测量功能,信号频率比较高时需外加分频电路,影响测量精度和系统稳定性,且单片机任务繁重,给软件设计和调试工作带来不便;方案2用一片高度集成的可编程逻辑器件可完成有关电路所有模块的设计,大大降低了电路复杂度,减少引线信号间的干扰,提高电路的可靠性和稳定性。加上单片机控制,应用单片机的数学运算和控制功能,辅以有效的软件滤波算法,能够进一步提高测量精度,且控制灵活、易于扩展和调试简单,能够达到题目要求。故本设计采用方案2,系统框图如图1所示。

  理论分析与计算

  频率和周期测量方法分析

  由于频率和周期之间存在倒数关系(f=1/T),所以只要测得两者中的一个,另一个可通过计算求得。

  (1)直接测量法:对测频在低频端1Hz时,若闸门时间为1s,其±1量化误差大到100%。为了满足测试精度的要求,显然不能采用直接测量法;
  (2)直接与间接测量相结合的方法:需对被测频率和中界频率的关系进行判断,在中界频率附近仍不能达到较高的测量精度;
  (3)等精度测量法:图2为等精度测频、测周原理方框图。  

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