基于單片機(jī)的高精度頻率計設(shè)計

1、 本文由roufeng290貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 微處理器應(yīng)用 ! 電 ! 子 ! 測 ! 量 ! 技 ! 術(shù) # % ( * ,% ! . ! ! $ & # )! + !)! $ $ #-& & / 第0 卷 第2期 1 03 年5 月! 34 3 基于單片機(jī)的高精度頻率計設(shè)計 盧飛躍 ! 廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣州 2 5 W 576 摘 ! 要!介紹了基于 * W 系列單片機(jī)的高精度頻率計的設(shè)計方案! 描述了它的系統(tǒng)組成 工作 原 理 和 軟 件 設(shè) 計# 此 $1 外! 闡述了利用單片機(jī)實現(xiàn)多周期同步法測量頻率的方

2、法! 包括同步接口電路設(shè)計和測量原理#該頻率計采 用 單 片 機(jī) 與頻率測量技術(shù)相結(jié)合! 利于多周期同步測量法的實現(xiàn)和靈活的測量自動控制! 并且大大提高了測量的精度# 關(guān)鍵詞!高精度$頻率計$單片機(jī)$同步法 ;/ )+ - , (&B, =- + #K -* C#I ! F c ? 5 7 6 I 5 / &$ $ =HN H88 ?J B = 8= * W B=CB ? P JK N .$ * =B B= 9 F 8E= F O A 8F= =JA JK9NH? $ 1+I ! PKJ I K CP= 8 HNEQ K E Q8=P?B= S J=P PK J=A J? E KH CH $

3、= KI =B B ? =8 ? 8 PB BI ! ?J 8= I B ? K KMHH ( 8 = ! =O A 8F= =JQJ #)B 8 ?H CN= !IH J=+ =EC C CB JC = N I B FNH BCFB F BJK8= B F N N K J O CK F F B C KG =CR =NK A BKI8 HR 8 HJ=A 8F= =JPBCP= (N=N ?8 8JR?J? B K BI SJ 8OJ CBM F F B C i J C =A 8F= =J KC B9 PIB+ N S P=B ? O8 PO #)8 HJ= O A 8F= =J KC B E

4、= F OA JK + $N F = H 6 7 +0 T 操 作 系 統(tǒng) 的 高 速 網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) BF 據(jù)分流系統(tǒng) 的 設(shè) 計! 該 方 案 提 出 了 一 種 軟 硬 件 結(jié) 合 的 思 將規(guī)則以軟件和硬件 0 種 形 態(tài) 設(shè) 置 到 系 統(tǒng) 中 去! 使 得 路 軟硬件協(xié)同完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分流的功能! 該方案同時 具 有 軟 件 的 靈 活 性 和 硬 件 的 快 速 性 的 優(yōu) 點!突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 分 類 系 統(tǒng) 的 性 能 瓶 頸 實 際 測 在 試中 以 達(dá) 到 對 0 路 千 兆 以 太 網(wǎng) 數(shù) 據(jù) 并 行 處 理 的 性 能 可 圖 7! 中斷處理流程 要求! 參 考 文 獻(xiàn)

5、,! 結(jié)果分析 本系統(tǒng)已經(jīng)成功地 在 一 臺 T 服 務(wù) 器 上 得 以 實 現(xiàn)! BF 并使用 + 8JYJ 測試工具 模 擬 真 實 網(wǎng) 絡(luò) 環(huán) 境 系 統(tǒng) 進(jìn) 對 AK B N 行了測試!為了與軟件解 決 方 案 進(jìn) 行 對 比 時 直 接 使 用 同 性 9 CP 進(jìn)行了 測 試! 并 對 丟 包 率 進(jìn) 行 了 對 比 能 分 析 BP8 如圖 2 所示! # $ ?B V ? B ) K YIB X IB %N? .8IC 5 ! K N =B8 8B 8H FM? BN BF8 ? : KB U? I 8 H ?JAcJ ? ?J 8=9NH 8= S KEB B PB B8 ?

6、 ENEQ KR8= B B J ?d8 8OB 8 P CJ # $ ?N V C H =Q KRIN PI 8 ? N D S# K? F8 =I N B B * KcB0R3 0 ?B?(8O 9Fc75 5 1$ K I S J # $ = $:S?PKJ A A K 0 !; I N YN !C = (CK ?8 = ?O B A A BJ NK = =Q K =ECN# $( 8 8 = =J ?F=R MIJ ?dBJK8= # S I U?=H N? ? (JK? CN:S KC=B E- J =C =J # $ BKNE # K ?8 ? S )C?J ; ? N HB= 6

7、 !)C?J ?PKJ B BKNE BH Q K K M HMIP =J d N # Y & $ B V % S JP % QQQSAC?J J BKNE S C A Hd S ? % H% # $ ? 8 # K= *=N K % 9 . = j ? J8 ?9J IN8 H? FBB K K8R - KA T HM = HB= K =B ? (# $ & 8J 8 S BF =B K K 6H H B ) S i C M J %BO a * NC JN 3 2S =I I N?B = (C0 3 8 圖 2! 丟包率性能對比圖 % ! 上接第 1 頁 _ 參 考 文 獻(xiàn) 3! 結(jié)束語 頻

8、率計采用單片機(jī)與 頻 率 測 量 技 術(shù) 相 結(jié) 合 于 多 周 利 期同步測量法的實現(xiàn)和靈 活 的 測 量 自 動 控 制 且 大 大 提 并 則 高了測量的精度!如果提 高 時 基 頻 率 或 延 長 測 量 時 間 還可以進(jìn)一步提高測量 的 精 確 度! 另 一 方 面 分 利 用 單 充 片機(jī)內(nèi)部硬件資源和軟件 功 能 可 以 大 大 減 少 硬 件 電 路 將 的復(fù) 雜 性 電 路 結(jié) 構(gòu) 更 加 簡 潔 利 于 提 高 頻 率 計 的 工 使 有 作可靠性! 經(jīng)設(shè)計與運行測試 現(xiàn)在測量頻率的范圍只是 5 - # 3 c 同 0 )- 果 將 前 向 通 道 改 成 更 寬 頻 帶

9、的 通 道 時 選 用 c如 時基頻率 更 高 的 單 片 機(jī) 類 型 容 易 擴(kuò) 展 頻 率 計 的 測 量 很 范圍! # $ 沈躍 黃延軍 君 S基 于 精 密 二 極 管 線 性 系 統(tǒng) 幅 頻 特 馬 5! 性自動測量#$ 電子測量技術(shù)3 7 7 &_S DS 0 3 (2 # $ 牟方銳 馬楊云 王章瑞 S 可編程定時計數(shù)器 V 0 70 在 0! W 2R 頻率測量中的應(yīng)用#$ 電子技術(shù)3 63 7 &17 DS 0 3 6 (7R0S # $ 陳曉榮 蔡萍 S 基于單片 機(jī) 的 頻 率 測 量 的 幾 種 實 用 方 法 6! #$ 工業(yè)儀表與自動化裝置3 65 &37 DS

10、0 3 (7R0S # $ 張杰 姚劍 葉林 李昌禧 S頻率測量的新方法#$ 工業(yè) 7! DS 儀表與自動化裝置 3 6 5 &64 0 3 (4R4S # $ 徐愛鈞 S智能化測量 控 制 儀 表 原 理 與 設(shè) 計 # $ 北 京& 2! ) S 北京航空航天大學(xué)出版社1 2S 51 # $ 劉軍華 S現(xiàn)代檢測技 術(shù) 與 測 試 系 統(tǒng) 設(shè) 計 # $ 西 安& 西 4! ) S 安交通大學(xué)出版社1 1S 51 )53) 2 基于單片機(jī)的高精度頻率計設(shè)計 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次數(shù)： 盧飛躍， Lu Feiyue 廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州,5114

11、83 電子測量技術(shù) ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY 2006，29(5) 7次 參考文獻(xiàn)(6條) 1.沈躍.黃延軍.馬君 基于精密二極管線性系統(tǒng)幅頻特性自動測量期刊論文-電子測量技術(shù) 2004(04) 2.牟方銳.馬楊云.王章瑞 可編程定時計數(shù)器D8254-2在頻率測量中的應(yīng)用期刊論文-電子技術(shù) 2003(04) 3.陳曉榮.蔡萍 基于單片機(jī)的頻率測量的幾種實用方法期刊論文-工業(yè)儀表與自動化裝置 2003(01) 4.張杰.姚劍.葉林.李昌禧 頻率測量的新方法期刊論文-工業(yè)儀表與自動化裝置 2003(01) 5.徐愛鈞 智能化測量控制儀表原理與設(shè)計 1995

12、 6.劉君華 現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計 1999 相似文獻(xiàn)(10條) 1.期刊論文 閔祥娜.Min Xiangna 基于TDC-GP1的高精度寬量程頻率計設(shè)計 -中國科技信息2009,(11) 介紹了利用低成本單片機(jī)控制高精度時間測量芯片TDC-GP1實現(xiàn)寬量程高精度頻率計設(shè)計的方法,簡單分析了TDC-GP1的結(jié)構(gòu)和性能特點,對頻率計的硬 件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,并分析了頻率測量的精度. 2.學(xué)位論文 鄒魏華 低成本高精度相檢寬帶頻率計的開發(fā) 2008 本文主要論述了低成本高精度相檢寬帶頻率計的研制目的和具體實現(xiàn)方案。本頻率計是采用相檢寬帶測頻技術(shù)設(shè)計而成，克服了1個字的計數(shù)誤差 ，實現(xiàn)

13、了寬頻率范圍內(nèi)的高精度頻率測量，并使成本保持較低水平。 本設(shè)計采用了新型的相位重合點檢測電路，提高了相位重合檢測的精度。頻率標(biāo)準(zhǔn)由外接原子頻標(biāo)改為內(nèi)置高穩(wěn)壓控晶振，降低了儀器成本。另外增 加了標(biāo)頻校準(zhǔn)的功能，保證在使用老化率相對較高的高穩(wěn)壓控晶振情況下也能獲得很高的測量準(zhǔn)確度。儀器中相位重合點檢測和計數(shù)部分是在FPGA芯片內(nèi) 部編程設(shè)計實現(xiàn)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，提高了可靠性，并且增強(qiáng)了保密性，可有效保護(hù)開發(fā)者的知識產(chǎn)權(quán)。FPGA采用的是ALTERA公司Cyclone系列的 FPGA芯片，使用EDA工具Quartus II 6.0開發(fā)。計算和顯示工作主要由MCU完成，MCU選用的是ATMEL

14、，公司的MCS-51系列的89C51單片機(jī)，儀器的顯示方式采 用MCU控制的液晶模塊顯示。 實踐證明，該頻率計具有低成本，高精度，高集成度和高可靠性等優(yōu)點，可與企業(yè)合作生產(chǎn)并面向市場推廣。 3.期刊論文 孫昌將.刁仁華.任榮社.SUN Chang-jiang.DIAO Ren-hua.REN Rong-she 柴油機(jī)電噴系統(tǒng)中高精度頻率計 的設(shè)計 -內(nèi)燃機(jī)2006,(1) 介紹了電噴系統(tǒng)中高精度頻率計電路的設(shè)計原理.對頻率計中存在的1個字誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析,并提出了解決的方案,可實現(xiàn)精確度很高的測 頻.硬件系統(tǒng)功能通過I/O接口板實現(xiàn),可由微機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控. 4.期刊論文 楊明濤.楊海明

15、.侯文.鄭賓 基于C8051F041的高精度頻率計設(shè)計 -電子元器件應(yīng)用2010,12(2) 根據(jù)等精度測頻原理,給出了采用C8051F04l單片機(jī)為主控芯片的高精度數(shù)字頻率計的設(shè)計方法.該方法將待測頻率信號經(jīng)過整形放大后輸入單片機(jī),然 后由單片機(jī)控制內(nèi)部計數(shù)器分別對待測信號和標(biāo)準(zhǔn)信號同時計數(shù),再經(jīng)運算處理得到測量結(jié)果,并由LCD實時顯示,同時通過RS232串口傳至上位機(jī)進(jìn)行記錄分 析.該設(shè)計方法與傳統(tǒng)測頻系統(tǒng)相比,具有測頻精度高,速度快,范圍寬等優(yōu)點. 5.期刊論文 崔夏榮 一種寬頻高精度頻率計的設(shè)計 -電子技術(shù)2001,28(8) 文章介紹了一種應(yīng)用單片機(jī)和高速邏輯器件設(shè)計寬頻高精度頻率計

16、的方法,并討論了采用硬件定時和軟件同步的問題. 6.學(xué)位論文 任麗棉 基于全相位FFT的高精度頻率計系統(tǒng)研究 2009 頻率檢測是電子測 量領(lǐng)域的最基本的測量之一。頻率信號抗干擾能力強(qiáng)、適 合遠(yuǎn)距離傳輸、可以獲得較高的測量精度，而數(shù)字化頻率測量方法因其精度高、 抗干擾能力強(qiáng)、算法靈活等優(yōu)點，越來越受到重視。本論文旨在將導(dǎo)師研究多年 的全相位FFT分析技術(shù)給予硬件實現(xiàn)，將其進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用到高精度頻率計的設(shè) 計中。除了選用全相位FFT算法外，本系統(tǒng)還將ARM7開發(fā)平臺、LPC2103芯 片和AD9833芯片組合起來，形成一個完整的系統(tǒng)，以得到更高精度的頻率計。 論文首先詳細(xì)介紹了全相位數(shù)據(jù)預(yù)處理即

17、頻譜分析方法的概念及性質(zhì)，指出 全相位方法由于考慮了輸入數(shù)據(jù)的所有分割情況，所以具有優(yōu)良的頻譜分析性 質(zhì)，并且理論驗證了全相位FFT譜分析具有水平相位特性。另外又重點從精度、 消耗的數(shù)據(jù)成本、計算復(fù)雜度等方面對傳統(tǒng)頻率校正方法和全相位頻率校正方法 做了分析對比，仿真比較了三種相位差法：傳統(tǒng)相位差校正法、FFT/apFFT綜合 相位差校正法和全相位時移相位差校正法。并最終確定將最佳的FFT/apFFT綜 合相位差校正法應(yīng)用到頻率計測頻上，以大大提高測頻的準(zhǔn)確度和精度。 論文詳細(xì)給出了本次課題頻率計的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計方案及設(shè)計 步驟，然后又對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果證明，本次設(shè)計達(dá)到了預(yù)期

18、的目標(biāo)。 最后又針對一些問題提出了改進(jìn)的建議。 關(guān)鍵詞：全相位；頻率計；頻譜校正；ARM；高精度 7.期刊論文 彭華.譚洪濤.康小平.張學(xué)平.PENG Hua.TAN Hongtao.KANG Xiaoping.ZHANG Xueping 一種改進(jìn)的實用型 頻率計設(shè)計方法 -現(xiàn)代電子技術(shù)2005,28(22) 介紹了一種實用型頻率計的實現(xiàn)方法,主要包括該頻率計的硬件組成和工作原理2部分內(nèi)容.該頻率計采用簡捷的信號放大硬件設(shè)計,使得在應(yīng)用較少元 件的情況下實現(xiàn)對輸入信號的放大.通過硬件和軟件的結(jié)合,該頻率計準(zhǔn)確地實現(xiàn)對輸入信號頻率的計算,能保證在60 MHz以下頻段范圍內(nèi)對輸入信號的計算 精度達(dá)

19、到1 Hz,在060 MHz測量頻段范圍內(nèi),該頻率計能準(zhǔn)確計算幅度大于30 mV輸入信號的頻率,具有較高的靈敏度.簡單實用、精度較高、靈敏度較高等 特點,使得該頻率計能夠廣泛應(yīng)用于實驗室、高頻信號測量等眾多應(yīng)用環(huán)境. 8.期刊論文 楊秀增.YANG Xiu-zeng 基于NiosII的自適應(yīng)高精度頻率計設(shè)計 -自動化與儀表2009,24(7) 設(shè)計了基于NiosII的自適應(yīng)高精度頻率測量系統(tǒng).介紹了等精度頻率測量基本原理,并對等精度頻率測量原理進(jìn)行優(yōu)化.給出了優(yōu)化的等精度頻率測量原 理圖;介紹了等精度測頻IP核設(shè)計方法,給出此核的verilog HDL程序;采用了頻率測量時間最短為原理的自適應(yīng)

20、算法,使測頻時間達(dá)到最優(yōu).通過分頻50MHz的 系統(tǒng)時鐘得到各種測試信號,并給出了0.1Hz50MHz的測試結(jié)果.測試結(jié)果表明,本系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、測頻精度高、最大相對誤差在10-7級別. 9.學(xué)位論文 張前毅 基于CPLD的微波頻率計研究 2007 信號頻率測量的一般方法，是將被測信號在設(shè)定一個高精度較長時間間隔的閘門后進(jìn)行記數(shù)。而現(xiàn)代微波數(shù)字頻率計是建立在高速分頻器或下混頻基 礎(chǔ)上，把微波頻率分頻至較低的頻率，再對信號進(jìn)行測頻，這種方法稱之為計數(shù)法測頻。測頻精度主要決定于閘門的長度及精度。 本課題來源于成都前鋒電子廠的雷達(dá)綜合測試儀中的測頻功能，此產(chǎn)品現(xiàn)已交付使用。系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。首先采用高速分頻器，把輸入 頻率接一定比例進(jìn)行分頻，然后采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD和高性能的單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)運算、處理、功能控制和結(jié)果顯示。在實際測量中，應(yīng)用 了自適應(yīng)技術(shù)，自動變換閘門時間，使全范圍內(nèi)等精度測量。在采用150MHZ鐘頻時，測量精度定可達(dá)10。為了更一步提高測量精度，本文在理論上提 出了用鑒相技術(shù)進(jìn)一步提高測量精度，這種方法未見國內(nèi)外文獻(xiàn)報道。 計數(shù)法測頻是用時間換取精度。但在電子對抗及軍用電子偵察系統(tǒng)中，要測量短時間信號頻率，這稱之為瞬時測頻技術(shù)。本文對一技術(shù)進(jìn)行理論討論 ，并由另一碩士研究生完成了硬件任務(wù)。 論文最后給出了系統(tǒng)的測量結(jié)果，并對誤差進(jìn)行了一