AW输入捕捉频率计设计.docVIP

基于AW60输入捕捉频率计的设计 摘要：在电子测试领域中，频率测量是最基本的测量之一。频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测最精度。因此在实际应用中，对于力、转速、位移、速度、流量等物理量的测量，一般是先由传感器转换为脉冲信号，然后采用测量频率的方法，最后经过一定的计算处理来实现的。 传统的频率计通常是由组合电路和时序逻辑电路作为控制核心，结构复杂，可靠性差，本文介绍基于aw60单片机输入捕捉功能的频率计测量频率的方法。该方法硬件电路简单，可靠性高，测量范围广，测量精度高。本设计软件部分主要由郝冠鹏编写，硬件电路由熊羽焊接并调试，姜超负责整理各种文档。测量结果达到预期效果，可以测量1—60K各频率，且误差较小，满足设计要求。 关键词：输入捕捉，频率测量，可靠稳定，精度高。 1 设计要求 具体要求： 1．被测信号为周期性信号（包括正弦波、方波、三角波等），频率范围为1～60KHz，峰峰值在1～10V范围内。 2．设置“开始/停止”和“工作模式”开关。工作模式分为测量外接信号和系统自测两种模式，在测量外接信号模式下，测量外接信号频率；在系统自测模式下，测量1KHz测试信号的频率。 3．系统处于工作状态时，数码管实时显示测量信号频率值，每隔1秒向PC机发送频率数据，频率数据为ASCII码，单位为Hz。 4.通过开始/停止键控制系统。 系统功能： 该系统能够测量1Hz～60KHz的周期性信号，周期性信号峰峰值电压可在1V～10V范围变化。系统工作时，被测信号频率实时显示在数码管上，并每隔1秒钟通过串口向PC发送频率数据。提供自测试功能，即由系统自身产生1KHz标准信号输入系统验证系统工作的正确性。 2 总体设计 2.1 系统组成及工作原理 上图即为整个系统的框图，二选一选择器用于选择测量外接信号还是内测信号，这部分的电路由运算控制中心来控制，因为外接信号可能是三角波，正弦波，所以要加一级整形电路，对外接信号进行整形，整成方波。运算控制器便是单片机。模式选择按键用来选择系统所要求的模式，频率显示器一般选用数码管来显示。然后通过电平转换芯片将所测的频率值发送到PC机上，进行实时观察。 2.2 频率测量原理 AW60单片机的定时计数器自身带有输入捕捉功能单元, 为精测量频率提供了很好的基础。该功能可以精确捕捉一个外部事件的发生, 记录该事件发生的时间印记。假定上升沿触发输入捕捉事件, 当一个输入捕捉事件发生时, 即定时器通道引脚上的逻辑电平由低变高时,计数寄存器的计数值将被自动同步复制写入通道数值寄存器中, 并置位输入捕获标志位,中断申请。即当每一次通道引脚的输入信号由低变高时, 计数寄存器中的计数值都会再次同步复制到通道数值寄存器中。若将连续2 次的计数寄存器数据记录下来, 那么时钟频率除以2 次数据的差值, 就是输入信号的频率。整个捕捉事件发生的时间印记是由硬件自动完成的, 因此所得到的频率值是非常准确的。 如果测量值大于定时器的溢出周期，那么在两次输入捕捉中断之间就会发生定时器计数的溢出翻转，这时就需要考虑定时器的溢出次数。 因此测量的频率f=f_clk/(T2-T1+65536*cnt)。 3 硬件设计 3.1 硬件组成 模拟开关用于选择外接信号还是内测信号，其硬件选择可有多种，本系统采用继电器的方案，硬件简单，容易控制。由于外接信号要求为周期性信号并包括正弦波、方波、三角波等，且单片机只能对方波信号进行测量，所以要加一级整形电路，将外接信号整形成方波。要求不是很高，本系统采用单限比较器，容易调试和实理。单片机最小系统是整个系统的核心，控制所有的外围电路，并产生输入捕捉和对频率的测量。数码管主要用来显示当前测量的频率，按键用于控制系统工作的模式，SCI用于向PC机发送当前测量的频率值，各模块分工明确，共同完成系统的整体功能。 3.2 单片机核心模块 本设计采用AW60单片机，S08是2004年左右推出8位MCU，资源丰富，功耗低，性价比很高，是08系列MCU发展趋势，其性能与许多16位MCU相当。MC9S08AW60是低成本、高性能8位微处理器S08家族中的成员，本次课程设计就是以该芯片为基础，来进行嵌入式的设计。 该单片机的主要性能： （1）最高达40MHz的CPU工作频率和20Hz的内部总线工作频率表；时钟源选项包括晶振、谐振器、外部时钟或内部产生的时钟。 （2）相比HC08 CPU指令集，S08 CPU增加了BGND指令。 （3）单线后台调试模式接口；增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试的模块增加了多于两个的断点）。 （4）内含32个中断/复位源；内含2KB的片内RAM；内含60KB的片内在线可编程Flash存储器，带有块保护和安全选项。 （5）可选的计算机正常操作（COP）复位；低电