基于凌陽SP-CEA061A單片機的頻率計方案設計

1 引言

頻率是反映信號特性的基本參量之一，頻率測量在應用電子技術領域有著重要的地位，數字化處理技術使得測量儀器設備功能完美，但數字處理的實時性受到處理速度的限制，實時測量對電路的處理速度要求越來越高，目前的微控處理芯片發展速度，出現諸如DSP，FPJA等不同領域的應用芯片。

作為主要應用于數字語音領域的凌陽SP-CEA061A，有著豐富的硬件資源、可低于3V的工作電壓、較低的功耗和高達約50MHz的時鐘工作頻率，相對于通用的51系列、96系列等單片機，無疑有更佳的性能。特別是SPCE061A內置32k字FLASH存儲器、多時基選擇定時器、兩路D/A轉換器和一路A/D轉換器，使他在便攜式測量儀器中應用更有前景。

2 硬件資源配置

該頻率計能測量1Hz-20MHz以上頻率的脈沖信號，具有較寬的測量范圍，最高輸出4位有效顯示值，采用4位BCD七段顯示碼動態掃描輸出。其工作框圖見圖1。圖中顯示部分采用數碼管需增加驅動電路擴大驅動電流，用以保護SPCEA061A。

設置SPCEA061A的工作時鐘頻率fCPU=fOC=24.576MHz為。利用定時器B（TimerB）定時時間作為頻率測量的時基，定時1S，100ms，10ms，1ms，0.1ms五檔的脈沖計數時間，定時器B的時鐘源和預置寄存器載入數據見標表1，考慮程序工作存在延時存在計數誤差，高檔位的預置寄存器數據應根據實際情況適當調整校準。定時器A（TimerA）10ms、作為頻率測量計數器，被測信號從SPCEA061A的I/O端口B口的IOB2輸入。TimerA和TimerB采用FIQ中斷工作模式。

設置I/O端口A口的低7位IOA0-IOA6輸出BCD七段顯示碼，IOA7輸出小數點。IOA8-IOA10分別輸出Hz，kHz，MHz測量單位指示。IOA12-IOA15為動態掃描輸出端口，循環選擇4位數碼管，此時A口的低8位IOA0-IOA7輸出對應數字的BCD七段顯示碼。顯示碼輸出采用中斷

3 測量處理流程

頻率測量的控制和數據處理由SPCE061A通過程序完成，圖2為主程序的流程圖。

對單片機進行初始化開始頻率測量，首先對測量結果進行判斷當前的測量量程是否合適；4位顯示數據范圍是1000-9999，大于9999判斷為超量程，而小于1000為欠量程；根據測量結果的判斷依次增加（超量程）和減少（欠量程）測量時間檔位，并設置數據相應的小數點位置和單位。對量程合適（1000-9999范圍）的結果進行二進制到十進制的轉換并譯碼成七段顯示碼，加入小數點顯示位和單位指示位形成顯示碼。

顯示數據刷新時間是顯示結果更新的時間間隔。為了能較好地觀測到穩定的顯示數據，一般設為0.5s左右更新顯示數據。通過對IRQ4的1024Hz中斷響應進行計數5000次可獲得約0.5s的顯示數據刷新時間。在內部RAM中開辟兩個顯示碼存儲緩沖區，一個用于存儲當前正在譯碼的顯示碼，一個用于存儲正在輸出的顯示碼。查詢顯示數據刷新時間寄存計數器，當刷新時間到時，只要互換2個顯示碼存儲緩沖區的首地址就能達到1個指令就能更換多個數據的目的，避免由于中斷而造成顯示數據出現不一致的狀況。更換完顯示數據后接著啟動計數器TimerA和TimerB進行下一次的測量，頻率計每約0.5s測量一次，避免在高頻測量時由于測量時間短而造成TimerA和TimerB頻率中斷占用系統資源。TimerA和TimerB在FIQ中斷處理程序中，自動設置停止計數，等待啟動狀態。

SPCE061A有豐富的中斷源，本系統使用了3個中斷源：FIQ_TMA，FIQ_TMB和_IRQ4。FIQ用于頻率測量，_IRQ4用于動態掃描顯示。

圖3所示為頻率計數測量FIQ中斷處理程序流程圖。