基于mcu和fpga的低频数字相位测量仪设计 毕业设计论文

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1、东华理工大学长江学院毕业设计（论文）摘要摘要本设计采用单片机与FPGA相结合的电路为方案，很好地发挥了FPGA运算速度快、资源丰富、编程为一便的特点，并利用了单片机较强的运算、控制功能，使得整个系统模块化、硬件电路简单、使用操方便。文章主要介绍方案的论证和系统硬件的设计，给出了详细的系统硬件电路图。LM339对正弦信号进行整形和放大，FPGA对此两路信号进行采集，测量和计算。FPGA内部的二选一数据线选择器根据MCU发出的握手信号，选择输出频率或相位差二进制数据。单片机完成对FPGA的控制后，使FPG

2、A按照单片机的要求通过19根I/0线分时发送被测信号的周期数据、相位差对应的时间差数据。单片机通过分析和计算，把得出结果送串行口RXD和TXD显示。实践表明，该相位测量仪具有较好的性能。可以对20Hz～20kHz频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于2°；采用数码管显示被测信号的频率、相位差，硬件结构简单。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。关键词：单片机；集成电路；现场可编程门阵列Ⅰ东华理工大学长江学院毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRA

3、CTThecombinationofMCUandFPGAisadoptedinthedesign.ThesystemexertsFPGA’scharacteristicsofhighoperatingspeed,richresourceandconvenientprogramming.ThepowerfuloperationandcontrolfunctionsofMCUareadopted,thusthesystemismodularized,thehardwareissimpleandtheope

4、rationiseasy.LM339shapingofsinusoidalsignalsandamplification,FPGAhastwosignalacquisition,measurementandcalculation.FPGAchoicewithinadatalineselectorissuedinaccordancewithhandshakesignalMCU,selecttheoutputfrequencyorphasebinarydata.Completesingle-chipcon

5、troloftheFPGAaftertheFPGAtoenablesingle-chipmicrocomputerinaccordancewiththerequirementsoftheadoptionof19I/0linetimetosendmeasuredsignaldataofthecycle,thephasedifferencedatacorrespondingtothetimedifference.Throughtheanalysisandcalculationofsingle-chip,a

6、ndtheresultssenttotheserialportRXDandTXDshow.Thedemonstrationofthedesignstrategy,designofhardwarearemainlyintroducedinthepaper.Thedetailedhardwarecircuitsaregiven.Keywords：MCU;IC;FPGAⅡ东华理工大学长江学院毕业设计（论文）目录目录绪论11.低频数字相位测量仪原理32.总体方案设计52.1总体方案选择及参数计算52.2输入电

7、路的设计62.3FPGA电路的设计72.4MCU电路的设计83.单元电路设计及器件选择93.1AT89C51单片机93.1.189C51的主要特性93.1.2AT89C51管脚说明93.1.3以单片机为核心的电路工作过程113.2FPGA现场可编程门阵列143.2.1FPGA工作原理143.2.2FPGA配置模式143.2.3FPGA工作过程153.3显示模块173.3.1八段共阴单字LED数码显示器173.3.274LS164八位移位寄存器183.3.3单片机串行输出的工作过程203.4整形电路21

8、3.4.1LM339213.4.2斯密特触发器223.4.3整形电路工作原理233.5整机电路254.PCB设计29结论31致谢32参考文献33附录Ⅰ34附录Ⅱ35III东华理工大学长江学院毕业设计（论文）绪论绪论相位测量仪的发展历程及其现状：随着科学技术的突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。低频数