基于单片机IP核的等精度频率计设计

基于单片机IP核的等精度频率计设计
基于单片机IP核的等精度频率计设计

基于单片机IP核的等精度频率计设计

摘要

FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能模块,设计成可修改参数的模块,让用户可以直接调用这些模块。随着FPGA的规模越来越大,使用IP核是一个发展趋势。传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而下降,在使用中有较大的局限性,而等精度频率计不但具有较高的测量精度,而且整个频率区域能保持恒定的测试精度。本文结合FPGA与8051单片机的优点实现了基于FPGA的8051 IP核应用,设计一个等精度频率计。

关键词:FPGA,8051IP核,等精度频率计设计

Abstract

Field Programmable Gate Array(FPGA)is one of the most welcomed programmable logic devices.IP core is a module which has changeable parameters.With the IP core we can implement some complex functional module in digital circuits.With the increasing scale in the FPGA,Using IP core is becoming more and more popular.

Traditional frequency measurement principle of the frequency accuracy will decline with the decline of the signal frequency.It Has a greater limitations in use. Equal precision frequency meter not only has high measurement accuracy, and the whole frequency region can maintain a constant test accuracyCombining the advantages of FPGA and 805 l MCU,the paper mainly realize the application of 8051 IP core based on FPGA that design a same accuracy frequency.

Key words: FPGA,8051 IP core,same accuracy frequency

目录

第一章绪论 (3)

1.1 课题研究背景及意义 (3)

1.2 主要任务 (3)

第二章杭州康芯公司KX2C5F+开发板介绍 (5)

2.1 KX2C5F+系统简介 (5)

2.2 主要应用 (5)

第三章系统设计 (7)

3.1 8051单片机介绍 (7)

3.2 8051单片机IP软核介绍 (7)

3.3 8051单片机IP软核实用系统构建 (9)

3.4 等精度频率计设计 (10)

3.4.1等精度测频原理 (10)

3.4.2等精度测频实现 (11)

3.4.3测量占空比的原理 (13)

3.4.4测量占空比的实现 (13)

3.5单片机的功能 (14)

3.5.1数据传输 (14)

3.5.2 液晶显示 (15)

3.6单片机与FPGA的组合应用 (16)

第四章程序调试 (17)

4.1 等精度频率计程序 (17)

4.2 单片机程序和VHDL程序编译在一起下载到FPGA中 (17)

第五章结果讨论 (19)

总结 (20)

致谢 (21)

参考文献 (22)

附录 (23)

附录1:等精度频率计相关程序 (23)

附录2 单片机相关程序 (25)

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着可编程逻辑设计技术的发展,每个逻辑器件中门电路的数量越来越多,一个逻辑器件就可以完成本来由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本,提高了性能和可靠性。FPGA(Fild Programmable Gate Array)就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP就是知识产权核或知识产权模块的意思,在EDA 技术开发中具有十分重要的地位。著名的美国Dataquest咨询公司将半导体产业的IP 定义为用于ASIC或FPGA/CPLD中的预先设计好的电路模块。随着FPGA的规模越来越大,设计越来越复杂,使用IP核是一个发展趋势。

现在很多电子系统都是由单片机+FPGA实现的。长期以来,单片机以其性价比高、体积小、功能灵活等方面的独特优点被广泛应用。但受其内部资源的限制,单片机需要在片外扩展相关资源。为了达到处理速度和控制灵活性方面的需求,采用微控制器和可编程逻辑器件设计单片机嵌入式系统。将单片机做在FPGA中,不但减少了电路中间连线,而且整个系统的可靠性得到加强,同时由于FPGA的速度快,FPGA中的单片机的速度可达100MHZ以上,整个系统的性能也能得到充分地改善。

基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而下降,即测量精度随被测信号的频率的变化而变化,在使用中有较大的局限性,而等精度频率计不但具有较高的测量精度,而且整个频率区域能保持恒定的测试精度。本课题主要是应用已做好的8051 IP核设计等精度频率计。

1.2 主要任务

在了解数字频率计的基础上分析等精度频率计相对于传统频率计的优越性,研究等精度频率计的工作原理和实现方法,在FPGA开发板提供的硬件环境上设计程序运行的流程框图。用VHDL编写测频模块,对FPGA中的单片机核编写输入、显示等程序,完成等精度频率计的设计。系统总框架图如图1-1所示。

图1-1 实验系统总框架图

第二章杭州康芯公司KX2C5F+开发板介绍

2.1 KX2C5F+系统简介

KX2C5F+系统是康芯公司电子设计竞赛作品板,其系统硬件结构组成如下:

1、KX2C5F+系统选用Altera公司CycloneII系列EP2C5T144 FPGA。其包含4608个逻辑宏单元、两个锁相环,约20万门、约12万RAM bit。

2、含全兼容工业级8051核、其主频最高可达250MHz,是普通单片机速度的20倍。

3、EPM3032CPLD、1M EPCS1 Flash、蜂鸣器、20MHz晶振、8键、1数码管,HS162-4LCD液晶显示器。

4、JTAG、VGA、RS232接口、PS2口、USB电源口。

5、FPGA编程器、字符型液晶驱动口(可直接接多种类型字符型液晶)、点阵型液晶驱动口(可直接接数字彩色或黑白点阵型液晶)。

根据任务要求设计主要应用到EP2C5T144 FPGA、USB电源口、JTAG下载口以及字符型液晶驱动口,其硬件系统结构框图如图2-1所示:

图2-1 硬件系统结框图构图

2.2 主要应用

可配置于KX2C5F+系统FPGA的单片机CPU核与传统MCS-51单片机高度兼容(极

个别指令不兼容),但速度约为传统单片机的20倍,在FPGA芯片优化良好的条件下,主频最高可达250MHz;同样用C或汇编语言完成软件设计。目前许多实用SOC应用系统都使用此类通用CPU实现设计。

电子设计竞赛中,需要实现高速算法或高速控制的项目越来越多,如此高速的单片机核,几乎可以用来完成某些DSP功能,如语音处理,压缩和频谱分析等。再加上FPGA 本身的高速性能,完成许多高性能指标的系统功能将变得十分容易;而把CPU、锁相环、数据RAM、程序ROM、接口模块、通信模块、显示控制模块、数据采样和信号发生模块等等,都放在同一片FPGA内,从而构成SOC系统,这将使系统的设计效率和系统性能获得极大的提高,这也是现代电子设计技术的发展方向。

KX2C5F+系统开发板可以应用于很多设计。

这里,根据论文的目的,在完成设计任务时,用8051 IP核加上锁相环、RAM以及ROM 构成一个单片机。通过锁相环将单片机时钟设置为40MHz。此单片机的任务是将测得的频率在LCD显示。

第三章系统设计

3.1 8051单片机介绍

MSC-51系列单片机的内部结构由八部分组成,以80C51单片机为例,其内部按功能可划分为CPU、存储器、I/O端口、定时/计数器、中断系统等模块。

MSC-51系列单片机芯片有40个引脚,是采用HMOS工艺制造,双列直插(DIP)方式封装的芯片,其引脚如图3-1所示。

图3-1 MCS-51系列单片机引脚

3.2 8051单片机IP软核介绍

CPU8051V1是康芯公司提供的8051单片机核,由VQM原码(Verilog Quartus Mapping File)表述:CPU8051V1.vqm,可直接调用。与普通MCS-51系列单片机一样,8051单片机核也含有8位复杂指令CPU,其结构框图如图3-2所示。8051单片机核的指令系统与8051/2、8031/2等完全兼容,硬件部分也基本相同,例如可接64KB外部存储器,可接256字节内部数据RAM,含两个16位定时/计数器,全双工串口,含节省功耗工作模式,中断响应结构等等。不同之处主要有:

1、8051V1是以网表文件的方式存在的,只有通过编译综合,并载入FPGA中才以硬件的方式工作,而普通8051总是以硬件方式存在的;

2、8051V1无内部ROM和RAM,所有程序ROM和内部RAM都必须外接。从图3-2可见,它包含了“数据RAM端口”和“程序存储器端口”,是连接外接ROM、RAM 的专用端口(此ROM和RAM都能用LPM_ROM和LPM_RAM在同一片FPGA中实现)。然而普通8051芯片的内部RAM是在芯片内的,而外部ROM的连接必须以总线方式与其P0、P2口相接(AT89S51的ROM在芯片内,CPU核外)。

3、以软核方式存在能进行硬件修改和编辑;能对其进行仿真和嵌入式逻辑分析仪实现实时时序测试;能根据设计者的意愿将CPU、RAM、ROM、硬件功能模块和接口模块等实现于同一片FPGA中(即SOC)。

4、与普通8051不同,8051单片机核的4个I/O口是分开的。例如P1口,其输入端P1I和输出端P1O是分开的,如果需要使用P1口的双向口功能,必须外接一些电路才能实现。

图3-2 8051V1原理图元件

3.3 8051单片机IP软核实用系统构建

8051V1核在接上了ROM和RAM后就成为一个完整的8051单片机了,图3-3是根据任务要求绘制的8051V1核实用系统的最基本构建顶层原理图,主要由4个部件构成:

1、8051V1核。图中的CPU8051V1即单片机核,由VQM原码表述:CPU8051V1.vqm,可以直接调用。该元件可以与其他不同语言表述的元件一同综合与编译。

2、嵌入式锁相环PLL50。载入锁相环,设置其输入频率为20MHz,输出频率为40MHz,8051V1能接受的工作时钟频率上限取决于FPGA的速度级别。

3、程序ROM,LPM_ROM。采用ROM容量的大小也取决于FPGA所含的嵌入RAM 的大小。图3-3中设置的ROM容量是4K字节,对于一般的应用足够了。此ROM可以加载HEX格式文件作为单片机的程序代码。HEX程序代码可以直接使用普通8051单片机程序编译器生成。

4、数据RAM,LPM_RAM。图3-3中设置的LPM_RAM容量是256字节。高128字节须用间接寻址方式访问。这里的LPM_ROM和LPM_RAM调用方法参见其它资料。

图3-3中,P0I[7..0]、P1I[7..0]、P2I[7..0]、P3I[7..0]分别为P0、P1、P2、P3口的输入口;P0O[7..0]、P1O[7..0]、P2O[7..0]、P3O[7..0]分别为P0、P1、P2、P3口的输出口。各口的应用再根据任务要求进行连线。

图3-3 基本8051CPU核应用

3.4 等精度频率计设计

3.4.1等精度测频原理

等精度测频的实现方法可简化为图3-4所示。CNT1和CNT2是两个可控计数器,标准频率信号设定为40MHz从CNT1的时钟输入端CLK输入,经过整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入,当预置门控信号为高电平时,经过整形后的被测信号的上升沿通过D触发器的Q端同时启动CNT1和CNT2。CNT1、CNT2同时对标准频率信号和经整形后的被测信号进行计数,分别为Ns与Nx。当预置门信号为低电平的时候,后面而来的被测信号的上升沿将使两个计数器同时关闭,所测得的频率为(Fs/Ns)*Nx.则等精度测量方法测量精度与预置门宽度的标准频率有关,与被测信号的频率无关。

图3-4 等精度测频实现原理

等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定值,而是被测信号周期的整数倍,即与被测信号同步。因此除了对被测信号计数所产生的1个周期误差,并且达到了在整个测试频率阶段的等精度测量。

如图3-5在测试过程中,有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。首先由单片机给出给出闸门信号,在t1时间内保持高电平,当单片机赋给预置门高电平信号时实际闸门并未打开此时计数器并不开始计数,而是等到被测信号的上升沿到来时才打开实际闸门,计数器才真正开始计数,然后单片机发给预置闸门低电平关闭信号,计数器并不立即停止计数,而是等到被测信号的上升沿到来时才关闭实际闸门信号开始结束计数,完成一次测试过程。可以看出,实际闸门时间为t1,预置闸门时间为t,两个闸门时间并不严格相等,但是差值不超过被测信号的一个周期。

图3-5 等精度测频原理

设在一次实际闸门时间t中计数器对被测信号的计数值为Nx,对标准信号的计数值为Ns。标准信号的频率为fs,则被测信号的频率如下式:

fx=(Nx/Ns)*fs 在测量中,由于fx计数的启停时间都是由该信号的上升沿出发的,在闸门时间t内对fx的计数Nx 无误差,对fs的计数Ns最多相差一个数的误差,

δ =1/fs

由上式可以看出,测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关,仅与标准信号频率有关,即实现了整个测量频段的等精度。标准频率越高,测量的相对误差越小。在保证精度测量不变的前提下,提高标准信号频率,可是闸门时间缩短,即提高测试速度。

3.4.2等精度测频实现

等精度频率计的实现可以简单地用图3-6和波形图3-7来说明设。图3-4中“预置门控信号”CL可由单片机发出,可以证明,在1秒至0.1秒间的选择范围内,CL的时间宽度对测量精度几乎没有影响,在此设其宽度为Tpr。BZH和TF模块是两个可控的32位高速计数器,BENA和ENA分别是它们的计数允许信号端,高电平有效。标准频率信号40MHz从BZH的时钟输入端BCLK输入,设置频率为Fs;经整形后的被测信号从与BZH相似的32位计数器TF的时钟输入端TCLK输入,设置真实频率值为Fxe,

被测频率为Fx。等精度频率计原理如下图3-6所示:

图3-6 等精度频率计设计原理图

bclk为标准频率信号设定为40MHz,tclk为被测信号,被测信号的范围为1Hz到40MHz。clr为清零信号,cl为预置门信号,start为实际闸门信号,sel为数据选择器的控制端口,data为数据传送端口。测试开始前,首先发出一个清零信号CLR,使两个计数器和D触发器置0,同时D触发器通过信号ENA,禁止两个计数器计数。这是初始化操作。然后由单片机发出允许测频命令,即令预置门控信号CL为高电平这时D触发器要一直等到被测信号的上升沿通过Q端时才把start置1,与此同时,将同时开启计数器BHZ和TF,进行计数,当Tpr秒后,预置门信号CL被单片机置为低电平,但此时两个计数器并没有停止计数,一直等到随后而至的被测信号的上升沿到来时start为0,才通过D触发器将这两个计数器同时关闭

图3-7等精度频率计波形仿真

设在一次预置门时间中对被测信号的计数值为Nx,对标准频率计数值为Ns,则下式成立:

Fx/Nx=Fs/Ns

不难得到测得的频率为:

Fx=(Fs/Ns)*Nx

3.4.3测量占空比的原理

设定中间信号pl,分别取被测信号的一个正脉宽和一个负脉宽作为门控信号,对标准频率进行计数,对正脉宽的计数值为N1,对负脉宽的计数值为N2,则周期计数值为N1+N2,于是占空比为:

占空比=N1*100%)/(N1+N2)

图3-8

3.4.4测量占空比的实现

对于占空比的测量,可以通过测量正反两脉宽的计数值来获得。设BZH对正脉宽的计数值为N1,对负脉宽的计数值为N2,则周期计数值为N1+N2,于是占空比为:

占空比=(N1*100%)/(N1+N2)

占空比的测量流程如下图3-9所示:

图3-9 占空比测量流程图

测量占空比的波形仿真见下图3-10占空比仿真波形,BCLK为标准频率信号为40MHz,TCLK为被测频率信号,CL预置门信号设置为低电平,给清零信号CLR一个有效电平(高电平有效),等待EEND由低电平跳变为高电平时表示对被测信号的一个负脉宽计数结束,此时读取标准计数器的数据标记为N1,然后再给出清零信号CLR一个有效电平,预置门控信号设置为高电平,等待EEND由低电平跳变为高电平时表示对被测信号的一个正脉宽计数结束,此时再读取标准计数器的数据标记为N2,对N1,N2进行简单的算术运算就可以得到占空比。

图3-10占空比仿真波形

3.5单片机的功能

3.5.1数据传输与计算

首先用VHDL语言编写一个八选一数据选择器,其封装模块如图3-8所示,其主要功能是由P0口的3根输出信号控制,将32位测频数据分成8个四位依次送进单片机P2的输入口。

图3-11 八选一数据选择器

BZQ接标准频率计数器的数据口,TSQ接被测信号计数器的数据口,sel2、sel1、sel0接单片机的P0.6、P0.5、P0.4,DATA[7..0]接单片机的P2口,单片机程序在Keil C 环境下开发,实现将32位二进制测频数据分成8个四位由高位到低位的顺序依次送到单片机。单片机程序设计思想:设置P0.6、P0.5、P0.4作为数据选择器的地址输入端,设置从000-111情况下依次将标准频率计数器和被测频率计数器的数据分别送到单片机。定义一个32位的数据类型,把每次接受的8位数据通过“位移”指令和简单的加法还

原为32位,再进行算术运算,得到想要的结果,驱动液晶显示出来。

3.5.2 液晶显示

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。本实验使用字符型液晶模块HS162-4。HS162-4 液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为1行16个字、2 行16个字等。

HS162-4采用标准的16脚接口,其中VSS为地电源,VDD接5V正电源。

V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“阴影”,使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度。

RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。

LEDA和LEDK为背光电源,LEDA接5V正电源,LEDK接GND。

D0~D7为8位双向数据线。

液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符,表3-1 是HS162-4 的内部显示地址。

表1-1 HS162-4内部显示地址表

即,第1行的显示开始地址应为:80H;第2行的显示开始地址应为:C0H。

液晶的三个控制信号RS、RW、E,分别接单片机的P3.0、P3.1、P3.2,8位数据线接P1口,在程序中设置三个按键切换不同的功能:

K2(复位)————显示“Qing Guang Ming ”

“Bi Ye She Ji ”

K3(测频率)------ 显示“FREQ:”

“测量所得的频率”

K4(测占空比)-----显示“DUTY:”

“所测得的占空比”

按键控制的液晶显示流程图如下图3-12所示:

图3-12按键控制液晶显示流程图

3.6单片机与FPGA的组合应用

把FPGA程序和单片机程序分别调试好后再组合起,锁定引脚、编译、下载进行联合调试。整体流程图如下图所示,bclk接标准频率信号40MHz,tclk接被测信号,clr 接P0.0口,cl接P0.1口,spul接P0.2口,sel2、sel1、sel0分别接单片机P0.6、P0.5、P0.4口,start接P.7口,eend接P0.3口,data接P2口,按键K2是复位开关显示初始化内容,按键K3接P3.3测频显示,按键K4接P3.4测占空比显示。

图3-13总体框图

第四章程序调试

4.1 等精度频率计程序

把等精度频率计模块与单片机系统正确确连接,锁定好引脚,特别注意不用的单片机I/O口要接地。连线与引脚锁定分别见下图4-11、4-12。

图4-11

图4-12

4.2 单片机程序和VHDL程序编译在一起下载到FPGA中

点击ROM,文件路径该成如图4-21所示点“./ASM”表示把单片机的hex文件存在当前工程ASM中。

图4-21

点击“Tool”选择“Programmer”,再点击“start”进行下载“progress”显示100%表示下载成功,如下图4-22

图4-22

第五章结果讨论

总结

本课题实现了用FPGA中的单片机IP核设计等精度频率计的系统。用VHDL语言设计采集频率的部分,将测频结果送到8051单片机IP核中处理,8051单片机软核再驱动液晶显示测频和占空比数据。

本课题主要目的是学会8051单片机IP软核的应用,了解其与传统MCS-51单片机高度兼容(极个别指令不兼容),但速度为传统单片机的20倍,优化良好的条件下,主频最高可达250MHz,可实现SOC片上系统设置的优势。此外,等精度频率计设计、单片机C语言的编写,也让我受益很多。

2位十进制高精度数字频率计设计

广州大学学生实验报告 实验室:电子信息楼 317EDA 2017 年 10 月 2 日 学院机电学院年级、专 业、班 电信 151 姓名苏伟强学号1507400051 实验课 程名称 可编程逻辑器件及硬件描述语言实验成绩 实验项 目名称 实验4 2位十进制高精度数字频率计设计指导老师 秦剑 一实验目的 1 熟悉原理图输入法中74系列等宏功能元件的使用方法,掌握更复杂的原理图层次化设计技术和数字系统设计方法。 2 完成2位十进制频率计的设计,学会利用实验系统上的FPGA/CPLD验证较复杂设计项目的方法。 二实验原理 1 若某一信号在T秒时间里重复变化了N 次,则根据频率的定义可知该信号的频率fs 为:fs=N/T 通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。 三实验设备 1 FPGA 实验箱,quarteus软件 四实验内容和结果 1 2位十进制计数器设计 1.1 设计原理图:新建quarteus工程,新建block diagram/schematic File文件,绘制原理图,命名为conter8,如图1,保存,编译,注意:ql[3..0]输出的低4位(十进制的个位), qh[3..0]输出的高4位(十进制的十位) 图片11.2 系统仿真:如图2建立波形图进行波形仿真,如图可以看到完全符合设计要求,当clk输入时钟信号时,clr有清零功能,当enb高电平时允许计数,低电平禁止计数,当低4位计数到9时向高4位进1 图2 1.3 生成元件符号:File->create/updata->create symbol file for current file,保存,命名为conter8,如图3为元件符号(block symbol file 文件): 图3 2 频率计主结构电路设计 2.1 绘制原理图:关闭原理的工程,新建工程,命名为ft_top,新建原理图文件,在project navigator的file 选项卡,右键file->add file to the project->libraries->project library name添加之前conters8工程的目录在该目录下,这样做的目的是因为我们会用到里面的conters8进行原理图绘制,绘制原理图,如图4,为了显示更多的过程信息,我们将74374的输出也作为output,重新绘制了原理图,图5 图4

单片机简易频率计课程设计

前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明: (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)

附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)

前言 单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的,这种电路一般运行缓慢,而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题,本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先,我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发,介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案,选择了实现系统得各种电路元器件,并对硬件电路进行了仿真。

一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”,就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N,则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号,其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号,若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制,当秒信号来到时,闸门开通,被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数,所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端,将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里,对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失,所以对计数器T0做一定的延时,以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义,频率是单位时间内信号波的个数,因此采用上述各种方案

高精度单片机频率计的设计

《综合课程设计》 一.数字频率计的设计 姓名:万咬春学号2005142135 一、课程设计的目的 通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法;增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力,使学生能有效地将理论和实际紧密结合,拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。 二、课程设计的内容和要求 1.课程设计内容 (硬件类)频率测量仪的设计 2.课程设计要求 频率测量仪的设计 要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术,针对周期性信号的特点,采用不同的算法,编程实现对信号频率的测量,将测量的结果显示在LCD 1602 上,并运用Proteus软件绘制电路原理图,进行仿真验证。 三.实验原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一:(定时1s测信号脉冲次数) 用一个定时计数器做定时中断,定时1s,另一定时计数器仅做计数器使用,初始化完毕后同时开启两个定时计数器,直到产生1s中断,产生1s中断后立即关闭T0和T1(起保护程序和数据的作用)取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下:

实验原理分析: 1.根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535,也就是说待测信号应小于65535Hz。 2.实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二(测信号正半周期) 对于1:1占空比的方波,仅用一个定时计数器做计数器,外部中断引脚作待测信号输入口,置计数器为外部中断引脚控制(外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数)。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期(以便准确打开TRx)打开TRx,这时只要INTx (外部中断引脚)为高电平计数器即不断计数,低电平则不计数,待信号从高电平后计数器终止计数,关闭TRx保护计数器寄存器的值,该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数,即可求出待测信号的周期:待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数;fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下: 实验原理分析: 1.根据该实验原理该方法只适用于1:1占空比的方波信号,要测非1:1占空比的方波信号 2.由于有执行f=1/(2*cnt/(12/fsoc))的浮点运算,而数据类型转换时未用LCD 浮点显示,故测得的频率将会被取整,如1234.893Hz理论显示为1234Hz,测 得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关 系。 3.由于计数器的寄存器取值在1~65535之间,用该原理时,待测信号的频率小于单片机周期的1/12时,单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用 该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。 而最小频率为f=1/(2*65535/(12/fsoc))如12MHZ的单片机为8Hz。 四.实验内容及步骤 1. 仿真模型的构建 数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量,二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图,仿真模型的总原理图如下:

基于单片机的数字频率计设计

江阴职业技术学院 毕业论文 课题:基于单片机的数字频率计的设计 专业电子信息工程 学生姓名冯海洋 班级08电子信息工程(1)班 学号20080305107 指导教师张文洁 完成日期

目录 摘要?错误!未定义书签。 前言................................................................................................... 错误!未定义书签。第一章绪论............................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1课题背景?错误!未定义书签。 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................. 错误!未定义书签。 1.4数字频率计设计的任务与要求?错误!未定义书签。 第二章数字频率计总体方案设计............................................................... 错误!未定义书签。 1.1方案比较 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2方案论证......................................................................................... 错误!未定义书签。 1.3方案选择......................................................................................... 错误!未定义书签。 第三章数字频率计的硬件系统设计........................................................... 错误!未定义书签。 3.1数字频率计的硬件系统框架...................................................... 错误!未定义书签。 3.2 数字频率计的主机电路设计?错误!未定义书签。 3.3数字频率计的信号输入电路设计................................................... 错误!未定义书签。 3.4数字频率计显示电路的设计 ........................................................... 错误!未定义书签。 3.5数字频率计的计数电路的设计?错误!未定义书签。 3.6数字频率计电源模块的设计?错误!未定义书签。 第四章数字频率计软件系统设计?错误!未定义书签。 4.1 软件设计规划................................................................................. 错误!未定义书签。 4.1.1信号处理............................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.2中断控制................................................................................. 错误!未定义书签。 4.2.1定时器/计数器?错误!未定义书签。 4.2.2定时工作方式0..................................................................... 错误!未定义书签。 4.3程序流程图设计................................................................................ 错误!未定义书签。

单片机频率计课程设计

贵州大学课程设计 任务要求 运用所学单片机原理、、模拟和数字电路等方面的知识,设计出一个数字频率计。数字频率计要求如下: 1)能对0~50kHz的信号频率进行计数; 2)频率测量结果通过4位数码管显示(十进制)。 二、课程设计应完成的工作 1)硬件部分包括微处理器(MCU)最小系统(供电、晶振、复位)、频率测量和数码管显示部分; 2)软件部分包括初始化、频率计算、显示等; 3)用PROTEUS软件仿真实现; 4)画出系统的硬件电路结构图和软件程序框图; 内容摘要 1.数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。 2.采用12 MHz的晶体振荡器的情况下,一秒的定时已超过了定时器可提供的最大定时值。为了实现一秒的定时,采用定时和计数相结合的方法实现。选用定时/计数器TO作定时器,工作于方式1产生50 ms的定时,再用软件计数方式对它计数20次,就可得到一秒的定时。

贵州大学课程设计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识,以及查阅资料,培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维,把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对常见问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力,开拓了思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号,方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中,由于其使用十进制数显示,测量迅速,精确度高,显示直观,经常要用到频率计。 1.2任务分析与设计思路 频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。在本次设计使用的AT89C51单片机,本身自带有定时器和计数器,单片机的T0、T1两个定时/计数器,一个用来定时,另一个用来计数,定时/计数器的工作由相应的运行控制位 TR 控制 ,当 TR 置 1 ,定时/ 计数器开始计数 ;当 TR 清 0 ,停止计数。在定时1s里,计数器计的脉冲数就是频率数,但是由于1s超过了A T89C51的最大定时,因此我们采用50ms定时,在50ms 内的脉冲数在乘以14就得到了频率数,在转换为十进制输出就可。

基于5单片机的数字频率计设计

基于5单片机的数字频率计设计

毕业论文基于51单片机的数字频率计 基于51单片机的数字频率计 目录 第1节引言 (2) 1.1数字频率计概 述…………………………………………… (2) 1.2频率测量仪的设计思路与频率的计 算…………………………………………… (2) 1.3基本设计原 理…………………………………………… (3) 第2节数字频率计(低频)的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明…………………………………………………

(5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示…………………………………………………

(12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14) 附录汇编源程序代码 (15) 基于51单片机的数字频率计 第1节引言 本应用系统设计的目的是通过在“单片机原理及应用”课堂上学习的知识,以及查阅资料,培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维,把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中,不断的学习,思考和同学间的相互讨论,运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难,掌握单片机系统一般的开发流程,学会对常见问题的处理方法,积累设计系统的经验,充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力,开拓了思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 1.1数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号,方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中,由于其使用十进制数显示,测量迅速,精确度高,显示直观,经常要用到频率计。 本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率,采用一个1602A LCD显示器动态显示6位数。测量范围从1Hz—10kHz的正弦波、方波、三角波,时基

基于AT89C52单片机的简易频率计设计说明书

单片机系统开发与应用工程实习报告 选题名称:基于AT89C52单片机的简易频率计设计 系(院): 专业:计) 班级: 姓名:学号: 指导教师: 学年学期: 2009 ~ 2010 学年第 2 学期 2010 年 5 月 30 日

摘要: 在电子技术中,频率是一个经常用到的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得更为重要。本项目主要阐述了以AT89C52单片机作为核心器件,采用模块化布局,设计一个简易数字频率计,以达到测量频率并进行显示的目的。本项目利用单片机的内部定时器溢出产生中断来实现定时,把单片机内部的定时/计数器0作为定时器,实现2.5ms定时。外部待测脉冲从单片机的TI(第15引脚)输入,以定时/计数器1作为计数器,利用中断方式来达到间接测量的目的。最后采用四位数码管显示。本设计采用C语言进行软件编程,用keil软件进行调试。最后把调试成功后的程序固化到AT89C52单片机中,接到预先焊好的电路板上,接上待测脉冲,通电运行,数码管成功显示待测脉冲频率。 关键词:单片机;频率计;AT89C52

目录 1 项目综述 (1) 1.1 设计要求 (1) 1.2 系统设计 (1) 2硬件设计 (2) 2.1 电路原理图 (2) 2.2 元件清单 (2) 2.3 主要芯片引脚说明 (3) 3 软件设计 (4) 3.1 程序流程图 (4) 3.2 软件设计简述 (5) 3.3 程序清单 (6) 4 系统仿真及调试 (10) 4.1 硬件调试 (10) 4.2 软件调试 (10) 5 结果分析 (10) 总结 (11) 参考文献 (12)

基于单片机的频率计的设计

摘要 本方案主要以单片机为核心,主要分为时基电路,逻辑控制电路,放大整形电路,闸门电路,计数电路,锁存电路,译码显示电路七大部分,设计以单片机为核心,被测信号先进入信号放大电路进行放大,再被送到波形整形电路整形,把被测的正弦波或者三角波整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程,并把测出的频率数据送到显示电路显示。 本设计以89C51单片机为核心,应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易,能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度,又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁,便于携带,扩展能力强,适用范围广。 关键词:单片机,运算,频率计,LED数码管

Abstract The program mainly microcontroller as the core, are divided into time-base circuit, the logic control circuit, amplifier shaping circuit, the gate circuit, the counting circuit, latch circuit, decoding circuit most of the seven shows, design a microcontroller as the core, the measured signal the first amplifier to amplify the incoming signal, and then was sent to the waveform shaping circuit surgery, the measured sine wave or triangle wave shaping as a square wave. Counter and timer microchip features of the signal count. Write the corresponding program can automatically adjust the measurement range of SCM, and the frequency of the measured data to the display circuit displays. The design of the 89C51 microcontroller core, microcontroller applications and control functions and arithmetic operations with LED digital display tube to the measured frequency is displayed. System is simple, reliable, easy to operate and can basically meet the general needs. Both to ensure the accuracy of the system frequency measurement, but also the system has good real-time. The frequency meter design is simple and easy to carry, expansion capability, wide application. Key words:microcontroller, operation, frequency meter, LED digital tube

基于单片机的频率计设计学习资料

基于单片机的频率计 设计

基于单片机的频率计设计 摘要:数字频率计是现代科研生产中不可或缺的测量仪 器,它以十进制数显示被测频率,基本功能是测量正弦信号,方波信号,及其它各种单位时间内变化的物理量。 本系统采用AT89C52单片机智能控制,结合外围电子电 路,设计的频率计性能稳定。在软件设计上采用了单片机 的C语言设计,通过单片机内部定时/计数器同时动作,在 测量频率时将测频率和测周期相结合,提高了频率计的测量 准确性。测量结果在LCD1602上输出显示,结果精 确到整数位。频率计的软件设计,系统软件设计简单明了, 适用于测量频率从1~99999Hz的脉冲信号。 关键词: AT89C52单片机数字频率计 74LS74 NE555 LCD1602 一、引言 1.1 数字频率计的发展和意义 随着电子技术的飞速发展,各类分立电子元件及其所构 成的相关功能单元已逐步被功能更强大、性能更稳定、使 用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路 构成的各种自动控制、自动测量自动显示电路遍及各种电

子产品和设备已广泛应用于各个领域,更新换代速度可谓日新月异。 在电子系统广泛的应用领域中,到处看见处理离散信息的数字电路。供消费用的冰箱、电视、航空通讯系统等设计过程中都用到数字技术。数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器,不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号,而且能方便的改变频率。 与传统的测量方式相比,运用了单片机频率计有着体积更小,运算速度更快,测量范围更宽和制作成本更低的优点。由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的,而采用单片机测频率后,有许多以前需要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程来实现,而且不同的软件编程代码能够实现不同的功能,从而大大降低了制作成本。 数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低,但结构复杂、杂散多,一般只用于地面雷达中。锁相式和直接数字式都同时具有容易实现产品系列化、小型化、模块化和工程化特点,其中,锁相式更是以其容易实现相位同步的自动控制且低功耗的特点成为众多业内人士的首选,应用最为广泛。

频率计测试中的精度计算

频率计测试中的频率计测试中的精度精度精度计算计算 1. 背景 在测试测量中测试精度一直是最为关心的问题。频率计作为高精度的频率和时间测试仪表,测试精度高于普通的频谱仪和示波器,所以测试精度的计算就更加为人关注。影响测试精度,或者说产生误差的因素很多,而其中最主要的因素是仪表内部时基稳定度、分辨率、触发精度及内部噪声等。频率计可以用来测试如频率、周期、相位、脉冲等,而其中频率和周期的测试占有绝大部分比例,本文主要讨论频率和周期的测试精度计算问题。 2. 频率和周期的测试精度 频率和周期互为倒数,所以在频率计的测试中,频率和周期的误差计算方法是一样的。从测试误差的产生来说主要有两类,一类是随机误差,一类是系统误差。随机误差主要由于如噪声或者一些随机因素产生的误差,很难消除。系统误差主要是由于测试方法、仪表设置或者仪表性能引起的误差。不同的设备制造商都有自己的关于误差的计算方法,大同小异,本文论述泰克FCA3000系列频率计测试误差的计算方法。 总误差: (U tot) ( 1 ) rand uncert : 随机误差 syst uncert: 系统误差 在测试频率或者周期时,我们可以通过以下公式计算随机误差和系统误差: 随机误差的计算随机误差的计算:: 当测试时间 Measuring Time < 200ms 时: ( 2 ) 当测试时间 Measuring Time > 200ms 时: ( 3 ) N = 800/Measuring Time (测试时间),同时 6 <= N <= 1000 并且 N < (Freq/2)*Measuring Time - 2 其中: Eq = 100 ps ( RMS) , Ess = Start Trigger Error

基于51单片机的简易频率计设计lsy

毕业设计 题目:基于51单片机的简易频率计设计专业: 班级: 姓名:学号: 指导老师:

目录 第1节引言 (2) 1.1频率计概述 (2) 1.2频率度量仪的设计思路与频率的计算 (2) 1.3基本设计原理 (3) 第2节频率计(低频)的硬件结构设计 (4) 2.1系统硬件的构成 (4) 2.2系统工作原理图 (4) 2.3AT89C51单片机及其引脚说明 (5) 2.4信号调理及放大整形模块 (7) 2.5时基信号产生电路 (7) 2.6显示模块 (8) 第3节软件设计 (12) 3.1 定时计数 (12) 3.2 量程转换 (12) 3.3 BCD转换 (12) 3.4 LCD显示 (12) 第4节结束语 (13) 参考文献 (14)

摘要 我的这个毕业作品简易频率计开发目的是要把上课中学到的专业知识与一些实践,提高我自己的能力水平。用这些方法让我自己有更好的思维逻辑,可以做出更好的设计,活学活用把知识变成现实。在我的毕业设计中通过自己的发觉、老师的帮助、同学之间的讨论,最后要通过科学的方法来排除设计过程中的坎坷,提高自己能够快速判断问题故障、排除问题、修复问题,积累各方面的开发设计系统的经验,充分发挥出教学与实践的结合。全面提高自身对系统开发的综合能力,开拓设计思维,为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。 关键字:单片机、开发、开拓思维 Abstract My graduate work that the aim is to develop secondary school knowledge, as well as read the relevant literature to strengthen the capacity of my own self. I have a guide through the efforts of innovative thinking ideas, the classroom teacher to impart knowledge to our daily lives. Design aspects of my work, the continuous learning, thinking and interactive discussion between the students learn from each other, analyze problems using scientific methods to solve the difficulties encountered, master SCM system design and development related to the production process, allow yourself to understand that for treatment of common problems, the accumulation of experience in all aspects of the development and design of the system, give full play to the combination of teaching and practice. Comprehensively improve their overall capacity of the system development, development of design thinking for the future work on the corresponding work has laid a solid foundation. Keywords: SCM, development, pioneering thinking

单片机的频率计设计(设计)

目录 一、引言0 1.1 数字频率计的发展和意义0 1.2 数字频率国内外的发展形势0 二、系统总体设计2 2.1 系统设计要求2 2.2 测频方法2 2.3 系统设计思路2 2.4 系统设计框图3 三、系统硬件设计3 3.1 单片机模块3 3.1.1 AT89C52介绍 (3) 3.1.2 单片机引脚分配 (4) 3.1.3 复位电路 (4) 3.1.4 定时/计数器 (5) 3.2 电源模块6 3.2.1 电源变压器 (6) 3.2.2 整流电路 (6) 3.2.3 滤波电路 (7) 3.2.4 稳压电路 (7) 3.2.5 电源模块原理图 (8) 3.3 放大整形模块8 3.3.1 与非门74LS00 (8) 3.3.2 放大整形模块原理图 (9) 3.4 分频模块9 3.4.1 分频器74LS161芯片 (9) 3.4.2 多路选择器74LS151芯片 (10) 3.4.3 分频模块原理图 (10) 3.5 显示电路11 3.5.1 频率数值显示电路 (12)

3.5.2 频率数值单位显示电路 (12) 四、系统软件设计12 4.1 开始13 4.2 初始化模块13 4.3 频率测量模块和量程自动切换模块13 4.4 显示模块14 4.5 延时模块15 五、数字频率计仿真15 5.1 电源模块仿真15 5.2 放大整形电路仿真16 5.2.1 仿真软件 MULTISIM 10.0仿真整形电路 (16) 5.2.2 仿真放大整形电路 (17) 5.3 频率计仿真18 5.3.1 用KEIL软件 (18) 5.3.2 使用软件Proteus仿真频率计 (18) 5.3.3 频率计仿真运行调试 (20) 六、结论错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。 致谢错误!未定义书签。 附录A错误!未定义书签。 程序源代码错误!未定义书签。 附录B错误!未定义书签。 仿真效果图错误!未定义书签。

基于单片机的数字频率计的课程设计 1HZ-10MHZ概要

物理与电子信息系 课程设计报告 课程名称:单片机课程设计 题目:基于单片机数字频率计的设计学生姓名:谢叮咚学号:11417222 系部:物理与电子信息系2011级指导教师:余胜 职称:讲师 湖南人文科技学院物理与电子信息系制

目录 1.引言.................................................... ................ ................ . (1) 1.1 数字频率计的发展与意义................ .............. (1) 1.2 数字频率计的分类........................... ...................... .. (2) 1.3 频率计国内外的发展趋势..................... (2) 2.系统总体设计............................................................ ................ .. (2) 2.1系统设计要求..................................... ................ ................ . (2) 2.2测频方法....................................... ................ ................ . (3) 2.3系统设计思路........................................................ ................... .. (3) 2.4系统设计框图................................................. ......................... (3) 3. 系统设计.................................................... ............. ................ . (4) 3.1单片机模块............................................... ... .. (4) 3.2放大整形模块...................................... . (8) 3.3分频模块....... .... ................................................... . (9) 3.4显示电路.................... ....................... . (10) 4. 系统软件设计............................................... (12) 4.1开始............................................... ................ ...... (12) 4.2初始化模块 (12) 4.3 频率测量模块和量程自动切换模块................. ........... (13) 4.4显示模块............... ........... .......................... ........... .......................... .. (14) 4.5延时模块.......... ........... .......................... ........... .......................................... .14 4.6频率计仿真......... ........... ................................. ........... . (15) 5. 总结与体会............................................... .................................... ........ (19) 6. 参考文献................................................ ............ ....... (20) 7.附录A程序源代码................. ............ ....... . (20) 8.附录B仿真效果图................. ............ ....... . (26) 9.附录C DXP模块原理图与PCB板................................... ............ ....... . (27) 10.附录D 实物调试图............................. ............ ....... .................... (28)

FPGA的等精度数字频率计的设计相关中英对照外文文献翻译毕业设计论文高质量人工翻译原文带出处5

基于FPGA的等精度数字频率计的设计 中英文翻译 中文译文: 数字频率计的介绍 数字频率计是通信设备、音、视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用Verilog HDL编程设计实现的数字频率计,除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分外,其余全部在一片FPGA芯片上实现。整个系统非常精简,且具有灵活的现场可更改性。 1 等精度测频原理 频率的测量方法主要分为2 种方法: (1) 直接测量法, 即在一定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。 (2) 间接测量法, 例如周期测频法、V F 转换法等。间接测频法仅适用测量低频信号。 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低, 在实用中有较大的局限性, 而等精度频率计不但具有较高的测量精度, 而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。频率测量方法的主要测量预置门控信号GATE是由单片机发出,GATE的时间宽度对测频精度影响较少,可以在较大的范围内选择,只要FPGA中32 b计数器在计100 M信号不溢出都行,根据理论计算GATE的时间宽度Tc可以大于42.94 s,但是由于单片机的数据处理能力限制,实际的时间宽度较少,一般可在10~0.1 s间选择,即在高频段时,闸门时间较短;低频时闸门时间较长。这样闸门时间宽度Tc依据被测频率的大小自动调整测频,从而实现量程的自动转换,扩大了测频的量程范围;实现了全范围等精度测量,减少了低频测量的误差。 本设计频率测量方法的主要测量控制框图如图1 所示。图1 中预置门控信号GA TE 是由单片机发出, GA TE的时间宽度对测频精度影响较少, 可以在较大的范围内选择, 只要FPGA 中32 b 计数器在计100M 信号不溢出都行, 根据理论计算GA TE 的时间宽度T c 可以大于42194s, 但是由于单片机的数据处理能力限制, 实际的时间宽度较少, 一般可在10~011 s 间选择, 即在高频段时,

单片机课设《数字频率计设计》

单片机课程设计 学生姓名: 学号: 在班编号: 学院:电气与电子工程学院 专业: 题目:数字频率计设计 指导教师:吴翔老师 2013年01月08日

摘要 本方案主要以单片机为核心,主要分为时基电路,复位电路,显示电路三大部分,设计以单片机为核心,利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程,并把测出的频率数据送到显示电路显示。 本设计以89C51单片机为核心,应用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码显示管将所测频率显示出来。系统简单可靠、操作简易,能基本满足一般情况下的需要。既保证了系统的测频精度,又使系统具有较好的实时性。本频率计设计简洁,便于携带,扩展能力强,适用范围广。 [关键词]单片机,AT89C51,运算,频率计,LED数码管。

前言 在电子测量领域中,频率测量的精确度是最高的,可达10—10E-13数量级。因此,在生产过程中许多物理量,例如温度、压力、流量、液位、PH 值、振动、位移、速度、加速度,乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率,然后用数字频率计来测量,以提高精确度。 国际上数字频率计的分类很多。按功能分类,测量某种单一功能的计数器。如频率计数器,只能专门用来测量高频和微波频率;时间计数器,是以测量时间为基础的计数器,其测时分辨力和准确度很高,可达ns数量级;特种计数器,它具有特种功能,如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等,用于工业和白控技术等方面。数字频率计按频段分类 (1)低速计数器:最高计数频率<10MHz; (2)中速计数器:最高计数频率10—100MHz; (3)高速计数器:最高计数频率>100MHz; (4)微波频率计数器:测频范围1—80GHz或更高。 单片机自问世以来,性能不断提高和完善,其资源又能满足很多应用场合的需要,加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点,因此,在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛,并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机,由于功耗低,使用的温度范围大,抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合,更加扩大了单片机的应用范围,也进一步促使单片机性能的发展。

基于单片机的频率计设计毕业设计

基于单片机的频率计设计 前言 频率计数器是测量信号频率的装置,也可以用来测量方波脉冲的脉宽。通常频率以数字形式直接显示出来,简便易读。即所谓的数字频率计频率测量对生产过程监控有很重要的作用,可以发现系统运行中的异常情况,以便迅速作出处理。传统的频率计采用测频法测量频率,通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较大,运行速度慢,而且测量低频信号时不宜直接采用基于单片机技术。而数字式频率计数器具有操作简单方便、响应速度快、体积小等一系列优点,可以及时准确地测量低频信号的频率。频率计最基本的工作原理为:当被测信号在特定时间段T 内的周期个数为N时,则被测信号的频率f=N/T。在一个测量周期过程中,被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为基电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于1秒。闸门时间越长,得到的频率值就越准确。 数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较多,连线比较复杂,而且会产生比较大的延时,造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件(CPLD)和功能越来越强大的单片机的广泛应用。数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器,它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在AT89C51单片机上实现的频率计,整个系统非常精简,而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上,对系统进行各种改进,还可以进一步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。 1 AT89C51介绍 1.1 AT89C51介绍 本频率计的设计以AT89C51单片机为核心,频率测量电路选用89C51作为频率计的信

相关文档
最新文档