基于单片机与fpga的等精度频率计设计

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1、万方数据第28卷第3期2009年3月鼻工I动仡Ordnance[ndustryAutomationV01．28，No．3Max．2009文章编号：1006—1576(2009)03—0079—02基于单片机与FPGA的等精度频率计设计吴海明，王伟(中国兵器工业第五八研究所军用电子产品事业部，四川绵阳621000)摘要：根据等精度测频原理，剃用单片机与FPGA结合设计等精度数字频率计．待测频率信号经过整形放大后输入到FPGA，单片机控制FPGA通过内部脉冲计数器对待测信号和标准信号源同时计数，单片机读回测频数据后，经运算处理后显示．等精度频

2、率计测频精度高，且精度不随频率的变化而变化。单片机与FPGA结合，测频速度快，范围宽，可靠性高．关键词：频率计；等精度：单片机；FPGA中图分类号：TP302文献标识码：BDesignofEqualPrecisionCymometerbyMCUandFPGAWUHai—ming．WANGWei(ShiweiElec．CoLtd．，No．58ResearchInstituteofChinaOrdnanceIndustries。Mianyang621000。China)Abstract：Thedesignofequalcymometerisp

3、resentedbasedonMCUandFPGA，accordingtotheprincipleofequivalentaccuracymeasuringfrequency．Afteramplificationandrectification，thesignaltobemeasuredistransferredinFPGA；thesignalandstandardsignalsourcewerecountedwithFPGAcontrolledbyMCU；theresultofmeasureisshownafterMCUhasrecei

4、vedthemeasuringfrequencydataandcalculatedit．ThemeasuremethodcombinedMCUwithFPGAhasrapidmeasuringfrequency，widerangeofmeasurement，andhighreliability．Keywords：Cymometer；Equalprecision；MCU：FPGAO引言随着电子技术的发展，在信号频率测量中对准确性的要求也越高。基于传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的变化而变化，在实际应用中有较大的局限性，等精度频率

5、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量精度。传统的以单片机为核心的测频系统，测频速度较慢，无法满足高速、高精度的测频要求。而FPGA器件通过编程，在芯片内部可以实现高速、宽范围的测频。在逻辑运算、智能控制方面，单片机具有不可替代的优越性；而在高速、稳定性等方面，FPGA是首选。故结合单片机与FPGA器件的优点，对等精度频率计系统进行设计。l系统组成等精度频率计的系统框图如图l，该系统主要包括信号放大整形电路、测频电路、标准频率源、单片机控制模块、显示模块和可扩展键盘模块。其中，信号放大整形电路用来完成对待测信号的前端

6、处理，以便作为FPGA的输入信号。测频电路是系统的核心电路模块，由FPGA实现。标准频率源由100MHz的晶振实现，为FPGA提供标准频率信号。单片机电路模块也是本系统的核心之一，控制FPGA进行测频操作，并读取测频数据，做出相应数据处理。显示模块采用7个数码管显示测试结果。键盘模块是系统设计中的可选扩展模块，可以设计更多的按键用来实现其他控制功能。被口信号—叫信号放大整形电路卜怔亟；j】H茔I置‘t-t片叫兰至L—===：U垦区王—一杌图1等精度频率计系统框图2等精度测频原理等精度测频的实现可用图2的结构框图和图3的时序图来说明。图2中

7、“预置门控信号”CTRL由单片机发出，设其宽度为T_ctrl，在0．1～1S的范围内，T的时间宽度对测频精度几乎没有影响。_ctrlSTD—CNT和XF_CNT模块是2个可控的32位高速计数器，S—EN和X』N分别是计数允许端，高电平有效。标准频率信号通过STD—CNT的时钟输入端S—CLK输入，设其频率为Fs；经整形后的被测信号通过另一个32位计数器XFCNT的时钟输入端X—CLK输入，设其频率值为Fx。收稿日期：2008—09一08i修回日期：2008—11-06作者简介：吴海明(1980一)。男，内蒙古人，在读硕士，从事嵌入式系统研

8、究。·79·万方数据兵工自动化频率信号。墨=坐预置门控￡竖生斗=D_FP预置门控———_叶Q严巍率曙哲}s被测额率——r下呈会善P6清零信号rl口。——t-一数据输出通道选择STAIrriEr