基于51单片机和cpld的等精度频率计

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1、基于51单片机和CPLD的等精度频率计目录摘要11前言22等精度频率测量原理分析32.1等精度频率测量原理32.2等精度频率测量的误差分析43系统方案53.1方案提出及比较53.2系统整体方案63.3单片机与CPLD连接方案73.4单片机定时及数据处理方案83.5CPLD计数方案94方案实现94.1CPLD设计94.2单片机设计124.3关键源代码分析135仿真及测试145.1仿真分析145.2测试结果与分析156致谢16参考文献17基于51单片机和CPLD的等精度数字频率计摘要：在现代信号分析和处理领域中，高精度的频率测量具有非常重要的意义。本文详细论述了一

2、种基于CPLD和单片机的等精度数字频率计的设计原理及过程，对CPLD和单片机的有关知识也作了简要介绍。本设计用51单片机作为数据处理和控制的核心，利用可编程逻辑器件ATF1504设计相应的硬件电路，实现高精度的频率测量。关键词：等精度CPLD单片机定时器中图分类号：TM935.13FREQENCYMETERFOREQUALPRECISIBASFDONCPLDANDMCU********(*********,***********,China)Abstract:Frequencymeasurementiselectronicmeasurementtechnolo

3、gy.Inmodernsignalanalysisandprocessingareas,high-precisionmeasurementoffrequencyisveryimportant.Inthispaper,wedetailthedesignprocessonthesamedigitalfrequencyaccuracy,andalsobrieflyintroduceCPLDandmicrocontroller-relatedknowledge.Inthedesign,weusemini51boardasadevelopmentplatform,usi

4、ngtheprogrammablelogicdeviceATF1504todesignthehardwarecircuit.Keywords:accuracy,CPLD,microcontroller,timer基于单片机和CPLD的等精度数字频率计1前言由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，频率计拥有非常广泛的应用范围。在传统的生产制造企业中，用户可以通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还

5、可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，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，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。另外，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，这些物理量往往需要相当精确的数据，所以对频率计的精确度和误差稳定度的要求很高。因此，高精度频率计的设计与研究具有很大的现实意义。常用的直接测频方法主要有测频法和测

6、周期法两种。测频法就是在确定的闸门时间内，记录被测信号的变化周期数。测周期法需要有标准信号的频率，在待测信号的一个周期内，记录标准频率的周期数得到待测频率。这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值有关。为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以人们提出等精度测频方法。等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。融合以上两种方法的优点，可兼顾低频与高频信号，但较以上两种方法而言，等精度频率测量有较高的测量精度，且误差不会随着被测信号频率的改变而改变。因为它的闸门时间不是固定

7、的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，测除了对被测信号计数所产生±1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。2等精度频率测量原理分析2.1等精度频率测量原理频率测量一般原理：基准定时器加计数器，关键是如何实现高精度的基准定时与计数器同步控制，常规依靠软件查询判断控制是很难达到精度要求的，必须用硬件逻辑实现。等精度频率测量原理框图如图1所示。图1等精度频率测量原理框图图中计数器1和计数器2是2个可控的32Bit计数器，EN是它们的计数允许信号端，高电平有效。基准定时器频率信号从计数器1的时钟输入端CLK输入，设其频率为Fb；待测信号经前

8、端放大、限幅和整形后，从计数器2的CL