等精度频率计设计

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1、等精度频率计。测频模块的片外输入采作者：孙林军杨招弟任战涛指导老师：冯杰（黄冈师范学院物理科学于技术学院孙林军杨招弟任战涛黄冈438000）摘机和FPGA构成的最小系统为核心,以89C52单片机作为控制中心，汇编语言编程。FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8，VHDL语言编程，内设双向口，等精度测频模块，键盘编码扫描模块等。测频模块的片外输入采作者：孙林军杨招弟任战涛指导老师：冯杰（黄冈师范学院物理科学于技术学院孙林军杨招弟任战涛黄冈438000）摘要：本设计以单片机和FPGA构成的最小系统为核心,以89

2、C52单片机作为控制中心，汇编语言编程。FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8，VHDL语言编程，内设双向口，等精度测频模块，键盘编码扫描模块等。测频模块的片外输入采作者：孙林军杨招弟任战涛指导老师：冯杰（黄冈师范学院物理科学于技术学院孙林军杨招弟任战涛黄冈438000）摘要：本设计以单片机和FPGA构成的最小系统为核心,以89C52单片机作为控制中心，汇编语言编程。FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8，VHDL语言编程，内设双向口，等精度测频模块，键盘编码扫描模块等

3、。测频模块的片外输入采作者：孙林军杨招弟任战涛指导老师：冯杰（黄冈师范学院物理科学于技术学院孙林军杨招弟任战涛黄冈438000）摘要：本设计以单片机和FPGA构成的最小系统为核心,以89C52单片机作为控制中心，汇编语言编程。FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8，VHDL语言编程，内设双向口，等精度测频模块，键盘编码扫描模块等。测频模块的片外输入采用带宽运放OPA637放大，并使用TL3116和LM311构建迟滞比较器整形为方波信号送入FPGA内由可编程逻辑组建的测频单元运算；显示采用TC6963C控制液

4、晶显示模块；等精度测量法。工作电路板使用8051&FPGA板。结果表明各项功能均达到要求，具有低功耗的特点。关键字：等精度测量程控放大周期测量一方案设计1.设计方案论证将信号比较整形为等频率的方波，再送入FPGA内进行频率测量。方案一：直接测频法。在确定的闸门时间内，利用计数器记录待测信号通过的周期数，从而计算出待测信号的频率。此方案对低频信号测量的精度很低，较适合于高频信号的测量。方案二：测周法。以待测信号为门限，记录在此门限内的高频标准时钟的数量，从而计算出待测信号的频率。但被测信号频率过高时，由于测量时间不足会存在精度不够的问题，此方案适

5、于低频信号的测量。方案三：等精度测频法。其精确门限由被测信号和预制门控制共同控制，测量精度与被测信号的频率无关，只与基准信号的频率和稳定度有关，因此可以保证在整个测量频段内测量精度不变。因此我们选取方案三。2系统方案设计在本设计中，单片机的所有控制信号及数据接受和发送都是通过FPGA完成的，因此首先在FPGA内通过两片74373锁存芯片构成双向口电路，为两者搭建信号通道。根据题目要求，频率测量范围要求从1赫兹到35兆赫兹，采用分段处理的方法，对高低频分别采用不同的比较整形电路。FPGA内部特别设计乘法器与除法器。被测频率信号与100M时钟信号（

6、40M标准时钟信号倍频后所得）计数所得的两路32位数据，经过乘除法运算后，将最终获得的被测信号的频率值送入单片机内，单片机控制液晶显示器显示。系统方框图：二理论分析：2.1等精度测频率在测量过程中，被测信号与使能信号接入一个D触发器，此时使能信号功能相当于一个闸门，控制计数器的开始。同时将被测信号与闸门信号一同进入计数器。当被测信号的第一个上升沿脉冲来时，闸门信号也为上升沿，从而开始计数，当使能信号变为跳变为低电平的时刻，此时被测信号的上升沿控制闸门信号跳变为低电平，这样就保证了闸门信号内所计数是被测信号周期的整数倍。对被测信号频率的计算公式：

7、Fsin=Na*Fs/NbFsin：被测信号频率，Na:被测信号所得频率计数，Fs：100M，Nb：标准时钟信号所得频率计数。由于闸门信号时间长正好是被测信号周期的整数倍，所以Na不存在误差，而Nb存在+1.-1的误差，因此系统的相对误差为：当T≈1s，Fs=100M时ΔFsin≈1/100000000HZ;符合题目要求。但是当低频段的频率低于闸门信号频率时则无法计算出频率。2.2等精度测周期在测量周期的时候，首先将时间单位设置为纳秒输出，这样，根据计算公式Tsin=1/Fsin=Nb/Na*10(ns),可在乘法器，除法器链接一个选择输出电路

8、。完成由频率到周期的转换。三．电路与程序设计一电路设计电路设计包括六个主要部分：程控放大电路，比较整形电路，双向口电路，等精度测量，计算器，按键编码及