AW输入捕捉频率计设计 .docx

精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者： PanHongliang仅供个人学习基于 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,然后接受测量频率的方法,最终经过确定的运算处理可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结来实现的 . 传统的频率计通常是由组合电路和时序规律电路作为把握核心,结构复杂 ,牢靠性差,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.该方法硬件电路简洁 , 牢靠性高 ,测量范畴广 ,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.测量结果达到预期成效,可以测量 1 60K 各频率 ,且误差较小,中意设计要求 .关键词：输入捕捉 ,频率测量 ,牢靠稳固 ,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）,频率范畴为160KHz,峰峰值在 110V 范畴内.2. 设置“开头 / 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. 通过开头 /停止键把握系统 .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 范畴变化 .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 .供应自测试功能 ,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仍是内测信 号,这部分的电路由运算把握中心来把握,由于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 .运算把握器便是单片机 .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,进行实时观看 .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, 为精测量频率供应了很好的基础 .该功能可以精确捕捉一个外部大事的发生, 记录该大事发生的时间印记.假定上升沿触发输入捕捉大事 , 当一个输入捕捉大事发生时 , 即定时器通道引脚上的规律电平由低变高时,计数寄存器的计数值将被自动同步复制写入通道数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结值寄存器中 , 并置位输入捕捉标志位 ,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.如将连续 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 .整个捕捉大事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特殊精确的 .假如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仍是内测信号,其硬件选择可有多种 ,本系统接受继电器的方案 ,硬件简洁 ,简洁把握 .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 , 本系统接受单限比较器 , 简洁调试和实理. 单片机最小系统是整个系统的核心 , 把握全部的外围电路 , 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, 按键用于把握系统工作的模式,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接受 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。增强的断点才能, 答应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 储备器, 带有块爱惜和安全选项 .（5） ）可选的运算机正常操作（ COP）复位。低电压检测和复位或中断。非法操可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作码检测与复位。非法的址检测与复位.2（6） ） ADC：多达 16 个通道,10 位 A/D 转换器与自动比较功能。两个串行通信接口 SCI 模块与可选的 13 位中断。一个串行外设接口 SPI 模块。集成电路互连总线 I C模块运作高达 100kbps 的最高总线负载。 8 引脚键盘中断 KBI 模块.（7） ） Timers:1 个 2 通道和 1 个 6 通道 16 位定时器 / 脉冲宽度调制器模板 . 具有输入、捕捉、输出比较、脉宽调制功能.此电路图为单片机最小系统图 ,主要包括电源电路 ,复位电路和晶振电路 .3.3 电压跟随和减法电路单片机产生的 PWM 波,只有正值没有负值 ,因此进入电压比较器之后 ,出来就成为了一条直线 ,原有的频率消逝了 ,所以单片机无法测得内部信号的频率,考虑到这种情形产生的缘由 ,所以在内部信号出来后加了一级跟随器,防止它被外部电路影响,然后加了一级减法器 ,使得 PWM 波成为双极性波 ,再经过比较器 ,再进行测量,便成功得到了内部 PWM 波的频率 .运放全部选用 OP07,频带宽,失真小 .跟随电路减法电路3.4 模拟开关和电压比较电路模拟电路主要用于选择测量内测信号仍是外接信号,经过比对 ,最终选择了继电器作为模拟开关 ,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 , 本系统接受单限比较器 , 简洁调试和实理 . 本部分的核心元件选择了高性能运放 LM318,精度高 , 运算速度快 .继电器电路比较器电路3.5 显示和把握电路本系统接受数码管显示测量频率的大小 ,钜阵键盘用于把握系统的工作 .数码管显示原理简洁 ,编程比较简洁实现 .矩阵键盘可以实现多种把握 ,便于扩展功能 , 同时又可节省大量的 IO 口,供单片机的其它功能应用 .数码管显示电路键盘把握电路3.6 电平转换电路为了与主机进行通信 ,定时向 PC 机发送测量的频率值 ,实时监测测量数据 ,本系统加了一级电平转换电路 ,用于与 PC 机进行通信 .接受最常用的 RS232 电平转换芯片.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 程序设计电平转换电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.1 主程序设计程序开头后初始化芯片 ,模块,变量,然后进行主循环 ,开头执行主程序 ,先栓测开头按键是否按下 ,假如开头按键按下 ,就开头测量频率 ,并用数码管进行显示 ,并定时发送到 PC 机上,执行过程中仍可检测是否有模式选择按键按下,假如按下就要进行相应的调整 ,假如开头键没有按下 ,关掉输入捕捉中断 ,对显示变量进行清零,数码管显示零 ,不对信号进行测量 .4.2 子程序设计4 调试及结果本系统调试共分四步：1. 确保各模块连接良好 ,打开供电电源 .2. 按下系统启动按键 ,整个系统开头工作 .3. 选择测量内接信号仍是外接信号 ,默认接受测量外接信号 .4. 选择测量大频率仍是小频率 .默认接受测量大频率 .调试结果如下：频 率值11001K10K20K30K40k50K60K（ HZ）实际值11001K10K20K30K40K50K60.6K（ HZ）误差（ %）附录一：电路实物照片 附录二：模拟电路仿真图附录三：电路原理图附录四：主要程序Main.c 程序#include "Includes.h" void mainvoid/1 主程序使用的变量定义可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结uint16 mRuncount=0,k=0。/运行计数器/2 关总中断DisableInterrupt。/禁止总中断/3 芯片初始化MCUInit 。LEDinit 。TPMChInitTPM_NUM_2,TPM1_CH_0 。KBInit 。SCIInit1,SYSCLK,9600 。/4 模块初始化GPIO_InitPORT_F,7,1,1。Light_InitLight_Run_PORT,Light_Run,Light_OFF 。PWMTPM_NUM_1,TPM1_CH_0,0x7d0, 50 。LedBuf0=0 。 LedBuf1=0 。 LedBuf2=0 。 LedBuf3=0 。cnt=0。rest=0。flag=0。 leddot=0。scibuf5 ='H' 。scibuf6 ='Z' 。scibuf7 =' ' 。 start=0。EnableTPM2ChIntTPM1_CH_0。EnableKBint。EnableInterrupt。while 1ifstart=1 LEDshowLedBuf 。mRuncount+。ifmRuncount>=1500mRuncount=0。EnableTPM2ChIntTPM1_CH_0。ifkeyval=0xde TPM_CSTRTPM_NUM_2 =0b00010000 。ifkeyval=0xee TPM_CSTRTPM_NUM_2 =0b00010101 。ifkeyval=0xebGPIO_SetPORT_F,7,Light_OFF。ifkeyval=0xdbGPIO_SetPORT_F,7,Light_ON。k+。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ifk>=5000 k=0。SCISendN1,8,scibuf。else leddot=0。LedBuf0=0 。 LedBuf1=0 。 LedBuf2=0 。 LedBuf3=0 。LEDshowLedBuf 。DisableTPM2ChIntTPM1_CH_0 。isr.c 程序#include "isr.h"/此处为用户新定义中断处理函数的存放处interrupt void isrKeyBoardvoiduint8 value。uint16 i。fori=0。 i<1000。 i+ 。DisableInterrupt。/关总中断DisableKBint 。/屏蔽键盘中断value = KBScanN10。/扫描键值 ,存于 value 中ifvalue.=0xFFSCISend11,value。 ifvalue=0xed start+。 ifstart=2 start=0。keyval=value。KBInit 。/键盘初始化键盘中断EnableKBint。/开放键盘中断可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结EnableInterrupt。/开总中断interrupt void isrT2Ch0Invoiduint8 temp。uint16 dis。uint16 dis1。DisableInterrupt。/禁止总中断EnabletimerIntTPM_NUM_2。chv0=TPM2_CHVH0。chv1=TPM2_CHVL0 。flag+。else ifflag=1 DisabletimerIntTPM_NUM_2。chv2=TPM2_CHVH0。ifflag=0 chv3=TPM2_CHVL0 。flag+。 ifflag=2 flag=0。dis1=chv2-chv0*256+chv3-chv1+rest*65536 。ifkeyval=0xde dis=2000000/dis1。else dis=62500/dis1。scibuf0 =dis/10000+'0'。scibuf1 =dis/1000%10+'0'。scibuf2 =dis/100%10+'0'。scibuf3 =dis/10%10+'0'。scibuf4 =dis%10+'0'。ifdis>10000 leddot=1。LedBuf0 =dis/10000 。LedBuf1 =dis/1000%10 。LedBuf2 =dis/100%10 。LedBuf3 =dis/10%10 。else leddot=0。LedBuf0 =dis/1000 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结LedBuf1 =dis/100%10 。LedBuf2 =dis/10%10 。LedBuf3 =dis%10 。rest=0。 dis1=0。dis=0。DisableTPM2ChIntTPM1_CH_0 。temp= TPM1_CHSCSTR0。/1读该寄存器TPM2_CHSCSTR0 &= TPM2C1SC_CH1F_MASK 。 /2向输入捕捉标志位写 0EnableInterrupt。/开放总中断*interrupt void isrT2Outvoiduint8 temp。DisableInterrupt。/禁止总中断rest+。/清定时器 1 溢出标志位temp = TPM_CSTR2。/读取定时器 1 状态和把握寄存器 TPM1SC TPM_CSTR2 &= TPM2SC_TOF_MASK 。 / 向定时器溢出标志位 TOF 写0EnableInterrupt。/开放总中断版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,pictures, and design. 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