C2000
C2000C2000
C2000
目
目目
目 告
告告
告
（
（（
（命
命命
命 ）
））
）
题 目： 基于
基于基于
基于 TMS320F2812
TMS320F2812TMS320F2812
TMS320F2812 的
的的
的简易数字频率计
简易数字频率计简易数字频率计
简易数字频率计
学 校： 合肥工业大学
合肥工业大学合肥工业大学
合肥工业大学
指导教师： 徐科军
徐科军徐科军
徐科军（
（（
（教授
教授教授
教授）
））
）
参赛队成员名单（含个人教育简历）：
姜
姜姜
姜
鹏
鹏鹏
鹏、
、、
、本科生
本科生本科生
本科生、
、、
、合肥工业大学
合肥工业大学合肥工业大学
合肥工业大学
胡
胡胡
胡
俊
俊俊
俊、
、、
、本科生
本科生本科生
本科生、
、、
、合肥工业大学
合肥工业大学合肥工业大学
合肥工业大学
王文静
王文静王文静
王文静、
、、
、本科生
本科生本科生
本科生、
、、
、合肥工业大学
合肥工业大学合肥工业大学
合肥工业大学
基于
基于基于
基于 TMS320F2812
TMS320F2812TMS320F2812
TMS320F2812 的
的的
的
简
简简
简 数
数数
数 频
频频
频 计
计计
计
易
易易
易 字
字字
字 率
率率
率
姜鹏 胡俊 王文静
（合肥工业大学电气与自动化工程学院 邮编 230009）
摘要：本设计采用 TMS320F2812 DSP 芯片，制作了一台简易数字频率计。本设计
综合了传统的多周期测量和等精度测量方法，实现了对被测信号频率、周期、脉宽
和占空比宽范围、高精度的测量。提出了一种在无需任何外部硬件控制情况下，利
用 DSP 2812 丰富的软件资源实现等精度测量的一种方法。它根据每个门闸时间内
高频标准脉冲的个数与已知被测信号的个数，求得被测信号频率，最后再通过多次
测量取平均值的方法得到最终结果。系统测试结果表明我们的设计是可行的。
关键词：数字频率计、等精度测量、DSP
Digital frequency meter based on TMS320F2812
Jiangpeng，hujun，wangwenjing
(School of Electrical Engineering and Automation, Hefei University of Technology)
Abstract
：
：：
：
A simple digital frequency meter is developed with TMS320F2812 DSP chip in our
design. The traditional multi-cycle measurement method is combined with the same
precision measurement method to implement the wide range and high-precision
measurements of the frequency, cycle, pulse width and duty cycle. A novel same
precision measurement method is proposed using the rich software of TMS320F2812
DSP chip without any external hardware control. It calculates the frequency of measured
signal according to the number of high frequency pulses in a standard gate time and the
detected signals whose number is set by us. And the final results are obtained by
averaging multi-time measurements. The system testing results show that our design is
feasible.
Key words：
：：
：Digital frequency meter, same precision measurement, DSP
1 引言
引言引言
引言
我们选择了命题
2
，题目的要求是制作一台简易数字频率计，可以用来对方波、正弦波信
号频率、周期以及周期性脉冲波信号的脉宽和占空比进行测量，同时要求
DSP
与计算机通讯，
将结果显示在计算机上。
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量都有十分密切的关系，
因此频率的测量就显得更为重要。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可
以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测
试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。另外，数字频率计还广泛
应用于通讯设备、广播电视设备、电子仪表及家电产品的测量调试中，是一种应用相当广泛的
仪器。
现在 DSP 逐渐成为各种电子器件的基础器件，逐渐成为 21 世纪最具发展潜力的朝阳行业，
并主动担当起信息化数字化时代革命旗手。本设计基于 TMS320F2812 DSP 平台，完成了频率计
的制作与测试。
2 系统指标
系统指标系统指标
系统指标
本设计达到了该题目要求的所有基本指标和发挥部分指标，并在此基础上进行了扩展。本
设计不仅可以对双极性信号的频率、周期、脉宽和占空比进行测量，还可以对单极性信号进行
上面各项的测量，并均达到发挥部分指标。现将题目的要求指标（包括基本要求指标和发挥部
分指标）和本设计所达到的各项指标在表 1 中进行比较。
表 1 各项指标对照表
输 入
信号
基本要求指标
发挥部分指标
本设计达到指
标
幅值 0.5V～3V
0.5V～3V
0.26V～5V
频率/周期 100Hz～1MHz
10Hz～3MH
z
1Hz～
7.8MHz
频率测量误差 ≤1%
≤0.1%
≤1.18e-
6
方波
周期测量误差 ≤1% ≤0.1% ≤1.2e-6
幅值 0.5V～3V
0.5V～3V
0.26～5V
频率/周期 100Hz～1MH
z
10Hz～3MH
z
1Hz～4.9MHz
频率测量误差 ≤
1%
≤
0.1%
≤7.24e-5
正弦
波
周期测量误差 ≤1% ≤0.1% ≤7.23e-5
幅值 0.5V～3V
0.26～5V
脉冲宽度 100μs～10ms
4μs～50 ms
测
脉
宽
测量误差 ≤2%
≤6.67e-
4
占空比 10%～90%
0.4%～99.9%
频率 10Hz～1KHz
1Hz～30KHz
周期
性脉
冲波
测
占
空
比
测量误差
≤
2%
≤4.0e-4
注：表 1 中“本设计达到指标”一栏内“测量误差”的各值均为在题目发挥部分指标的范
围要求下测得的最大相对误差；其余各项的扩展也均在发挥部分要求的精度之上，并充分考虑
了实时性的情况下测得。
3
33
3 系统方案
系统方案系统方案
系统方案
3.1 总体介绍
本设计是以设计尽量简单，测量精度尽量高为目标，在尽量发挥 DSP 软件资源的驱动下完
成的。信号处理部分以 TMS320F2812 DSP 芯
片
作为
控
制和测量的
核心
；信号的调理
整形
部分主
要
由快
速差分比较器
TL3016
完成，为
防止
正弦信号在
过零点
的
毛刺造
成比较器的误动作，
TL3016
接
入了正
反馈
。测量时主要
使
用了该
DSP
芯
片
的
EV
模块
。测频率、周期
使
用
定
时器
1
、
定
时器
2
和
捕获
单
元
1
，测脉宽时
使
用了
定
时器
3
和
捕获
单
元
4
和
捕获
单
元
5
。通讯
使
用了
SCI
单
元
A
，
使
用
RS232
与计算机进行通讯。
总体框图
如
图
3.1
所示。
被测信号
TMS320F2812
键盘
与
显示
整形电路
标准频率信号
发生电路
SCI
模块
TCLKINA
XCLKINA
T1PWM
CAP1
CAP4
CAP5
电源模块
+12V
-12V
GND
1.8V
3.3V
+5V
-5V
图
3.1
总体框图
3.2 频率/周期测量原理
本部分主要实现了对被测信号频率和周期的测量。在对被测信号频率和周期的测量中，本
设计
综合
了传
统
的多周期测量和等精度测量方
法
，将频率分为
三段
，在高频和
低
频
段采
用多周
期测量；在中频
段
，
采
用
独特
的等精度测量方
法
。该等精度测量基于 DSP 比较
匹
配时 T1P
W
M
引
脚
输
出
电平的
跳
变作为
门闸
信号的
开启
和关
闭
，
由
于比较
匹
配发
生
在被测信号的上
升沿
，
从而
实现了
门闸
时
间
与被测信号的同
步
（本等精度测量与传
统
等精度测量
原
理的相
似
性分
析
在 3.5
节
）。
原
理
图
如
图
3.2
所示。
被测信号
整形电路
CAP1
T1PWM
TCLKINA
DSP F2812
整形后被测
信号
定时器T1计
数器的值
T1PWM输
出端波形
总数Ny
高频标准
填充脉冲
1
2
3
0
0
1
2
3
比较匹配 比较匹配
图
3.2 频率测量
原
理
通用
定
时器
T1
时
钟
输入选择外部
定
时器时
钟
，此处用调理
后
的被测信号作为
定
时器
T1
的
时
钟
输入，
定
时器
T2
时
钟
输入选择内部
CPU
时
钟
，用来产
生
高频标
准填
充脉冲。F2812
片
上
E
V
A
中通用
定
时器 T1 在发
生
比较
匹
配
事
件时，其比较输
出引脚
T1
C
MP 输
出
信号
会自
动
改
变电平
状态
，产
生
P
W
M 波。
捕获
单
元 CA
P1 设
置
为上
升沿捕获
，T1P
W
M 输
出
的 P
W
M 波上
升沿
被
捕获
单
元
1
捕获
到，该上
升沿
作为
门闸
时
间开启
信号，下一
次
上
升沿
到达作为该
门闸
时
间
的
停止
信号。
通
过读取两级堆栈 CA
P1F
I
F
O
内的值，
即
可
获
得该
门闸
时
间
内标
准填
充脉冲的
个
数，
然后
求
出
被
测信号频率。
从图
中可以
看出
该
门闸
时
间
的值与通用
定
时器
T1
的
定
时周期相等，因此
只
要
保证
该
门闸
时
间
内标
准
脉冲的
个
数一
定
，就可以实现
门闸
时
间
一
定
，
从而
实现等精度测量。当标
准
脉冲
个
数
小
于
某
值时，就相应
地增加
该
门闸
时
间
内被测脉冲的
个
数，
即增加定
时器
T1
一
个定
时周期内被
测信号的
个
数（
T1PR+1
），
保证定
时器
T1
定
时周期
固定
。
从
下一
个
周期
开始即
可
获
得理
想
的
精度。
现
假
设标
准
脉冲频率为
f0
，
初始
化时设
定
T1PR
和
T1CMPR
的值，并设
定捕获
单
元
CAP1
为上
升沿捕获
，当
T1
计数器的值到达
T1CMPR
的值时，
定
时器
T1
的比较输
出端
T1PWM
会
产
生
一
个
上
升沿突
变，被
捕获
单
元
CAP1
捕获
，
读取
此时
定
时器
T2
的计数值
T2CNT
，其值
保存
在
CAP1FIFO1
中，
假
设为
x1
；同理当
T1
计数器在下一
次
比较
匹
配的时
候
，
CAP1
会再次捕获
