土壤重金属污染研究(综述)

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1、简易数字相位计课程设计方案课程名称：数字电子技术课程设计题目：简易数字相位计设计人：孙磊学号：201016040215目录第一章需求分析1.1需求分析第二章方案分析2.1前级波形整形2.2后级波形的数字处理2.3频率的测量2.4相位差的测量2.5人机接口第三章系统原理3.1系统框图3.2前级波形整形3.3频率的测量3.4相位差的测量3.5人机接口第四章附录第一章需求分析1.1需求分析题目要求设计一个频率计，功能：测量信号的频率，测量信号相位差，灵敏度可调节，指标：频率测量范围0.1Hz～1MHz，精度0.01%，相位测量范围0～360，精度0.01%，信号幅度0.1～10V。首先因为

2、要测量相位差，所以需要有两路波形输入，因为所测量的波形不确定，可能有正弦波，方波，三角波，及不规则波，而后级处理需要数字信号，所以需要在前级把信号处理成TTL电平信号。而后级测量频率，所以需要进行计数等处理，并能够有相应的输出。由于需要对频率计的相位差灵敏度进行调节，所以还需要有相应的人机接口。第二章方案分析2.1前级波形整形前级波形整形主要是要将原来的非TTL方波整形成可以让后级处理电路方便识别的信号，可以有一下方法实现:方案一：模拟整形，使用比较器对波形进行过零比较，整形成xv的方波，方波的低电平为0v左右，高电平为xv（取决于后面的处理电路高电平）。用的比较多的就是使用过零比较

3、器来实现，模拟整形的好处在与速度比较块，而且不需要编写软件即可实现，缺点是不太稳定，易受干扰。同时在比较器选用时还应考虑是使用运放实现还是使用集成比较器，运放的灵敏度相对来说比较高，但是带宽不高，估计比较难以符合条件，集成运放虽然灵敏度不高，但是最高频率相对比较高，比如常用的LM311，反应时间达到了200ns，足以应付这里的1MHz波形的过零比较使用，同时LM311的输入电压绝对值大于10V，满足需求。方案二：数字整形，先使用A/D转换芯片将波形转换成数字量，输入到后级的芯片（单片机或者FPGA），然后再将这个量与所设的阈值进行比较，整形成一个方波信号，送入下一级进行处理。数字处理

4、的好处就在于比较精确，而且比较稳定，缺点在于A/D芯片的输入电平范围有限，一般在0-5v范围内，而且一般波形需要先加入一个直流分量将波形的最小值上拉到0v以上，但可以考虑先将原始波形去掉直流分量后在输出，并在输出口与地之间接一个Vz为3.3v的单向稳压二极管，然后再将这个输出量上拉1V左右，就将波形整形成了一个稍小于1V到4.3V的波形，再将这个波形经过AD转换后与1v的AD转换值进行比较，输出一个方波信号，这个方波信号的频率必然也等于原来波形的频率。方案选择：以上两种方案各有所长，并各有所短，但是都可以达到目的，相比价而言，方案二实现比较烦琐，而方案一在频率小于1M实现效果应该还是

5、可以的，所以选择方案一。2.2后级波形的数字处理后级数字处理部分主要有：FPGA处理，单片机处理，DSP处理，以及不怎么常见的F/V转换输出，用模拟表头显示。这几种方案的特点主要如下：方案一：单片机处理，由于编程开发简单，电路简单，相关开发资料丰富，技术成熟，以及还算不错的数学运算能力和还算可以的数字信号处理能力，单片机用来完成频率测量显然有一定的优势，加之现在单片机很多都集成有内置的计数器，定时器，AD转换功能，比如比较常用的avr单片机中的mega系列，应该基本具有测量1MHz以下的频率的能力，加之它可以很方便的实现人机接口界面，简单的外围电路等等优点都使它具有相当的优势来胜任后

6、级信号处理的任务。但是它也拥有比较致命的弱点，就是单片机系统是一个串行系统，要进行两路信号的处理，特别是相位差的测量就显得有些力不从心，当然这个缺点并不是没有补救的措施的，就是由于两路信号频率相等，所以只需要测一路信号就行了，同时在前后级之间使用异或运算将两路信号合成为相位差信号，再送如单片机测量，具体方法会在下一节介绍。方案二：DSP处理，DSP就是数字信号处理的意思，专门的DSP处理器对于处理这种简单信号可以说是小事一桩，相比较普通单片机他拥有先进的哈佛结构，管道式设计，面向寄存器和累加器的设计思路，以及同一时钟周期内执行多个操作的功能，能比较快速的完成诸如乘除法运算，但是他的开

7、发相对来说要复杂一些，目前向我们还不能很好的掌握它来完成任务。方案三：FPGA处理，使用VHDL编程，开发起来还算比较简单，同时由于FPGA内部本质还是硬件数字电路，所以可以达到相当高的系统频率，意味着就可以处理相当高频率的信号，比起前两者，它的开发更加自由，我们可以设计出更加贴合我们需求的后级处理系统。他更重要的一点就在于由于它的内部完全可以实现并行处理，可以同时处理多路信号，特别适合与相位差的测量。但是它的人机接口界面比较难实现，同时诸如乘除法运算比较