基于FPGA和单片机的多功能计数器设计.doc

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1、基于FPGA和单片机的多功能计数器设计　　一、系统方案　　方案1：采用中小规模数字电路构成系统，由计数器构成主要的测量模块。用定时器组成主要的控制电路。此方案软件设计简单，但外围芯片过多，且频带窄，实现起来较复杂，功能不强，而且不能程控和扩展。　　方案2：采用单片机实现。被测信号经调理后送入单片机，利用其内部的计数器完成计数，然后再进行数据处理和显示，但单片机在处理高速信号时略显吃力。　　方案3：利用FPGA对调理后的被测信号实现高速计数，单片机软件执行高精度浮点数运算并显示。单片机完成系统的数据处理、逻辑控制和人机交互功能

2、;大规模现场可编程器件(FPGA)实现外围计数功能。电路框图如图1所示。　　　　图1方案3系统框图　　方案比较与选择：方案1采用中小规模集成电路来实现，系统电路较复杂，扩展性能差;方案2用外围电路配合单片机实现测量功能，信号频率比较高时需外加分频电路，影响测量精度和系统稳定性，且单片机任务繁重，给软件设计和调试工作带来不便;方案3用一片高度集成的可编程逻辑器件可完成有关电路所有模块的设计，大大降低了电路复杂度，减少引线信号间的干扰，提高电路的可靠性和稳定性。加上单片机控制，应用单片机的数学运算和控制功能，辅以有效的软件滤波算

3、法，能够进一步提高测量精度，且控制灵活、易于扩展和调试简单，能够达到题目要求。故本设计采用方案3，系统框图如图1所示。　　二、理论分析与计算　　1、频率和周期测量方法分析　　由于频率和周期之间存在倒数关系(f=1/T)，所以只要测得两者中的一个，另一个可通过计算求得。　　1)直接测量法对测频在低频端1Hz时，若闸门时间为1s，其±1量化误差大到100%。为了满足测试精度的要求，显然不能采用直接测量法;　　2)直接与间接测量相结合的方法需对被测频率和中界频率的关系进行判断，在中界频率附近仍不能达到较高的测量精度;　　3)等精度

4、测量法图2为等精度测频、测周原理方框图。　　　　图2等精度测频原理图