基于FGA的低頻數(shù)字相位測量儀

1、第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 第第15章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的 設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.1 系統(tǒng)設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計要求 15.2 系統(tǒng)設(shè)計方案系統(tǒng)設(shè)計方案 15.3 主要主要VHDL源程序和匯編語言程序源程序和匯編語言程序 15.4 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真/硬件驗證硬件驗證 15.5 設(shè)計技巧分析設(shè)計技巧分析 15.6 系統(tǒng)擴展思路系統(tǒng)擴展思路 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.1 系統(tǒng)設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計要求 設(shè)計并制作一個低頻數(shù)字相位測量儀，其設(shè)計要求如下： (1) 頻率范圍

2、：20 Hz20 kHz。 (2) 相位測量儀的輸入阻抗100 k。 (3) 允許兩路輸入正弦信號峰-峰值可分別在15 V范圍內(nèi)變化。 (4) 相位測量絕對誤差2。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 (5) 具有頻率測量及數(shù)字顯示功能。 (6) 相位差數(shù)字顯示：相位讀數(shù)為0359.9，分辨力為0.1。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.2 系統(tǒng)設(shè)計方案系統(tǒng)設(shè)計方案 15.2.1 總體設(shè)計方案 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，本系統(tǒng)可分為三大基本組成部分：數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)運算控制電路和數(shù)據(jù)顯示電路?？紤]到FPGA

3、/CPLD具有集成度高，I/O資源豐富，穩(wěn)定可靠，可現(xiàn)場在線編程等優(yōu)點，而單片機具有很好的人機接口和運算控制功能，本系統(tǒng)擬用FPGA/CPLD和單片機相結(jié)合，構(gòu)成整個系統(tǒng)的測控主體。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.1 系統(tǒng)原理框圖整形電路FPGA或CPLD數(shù)據(jù)采集電 路單片機數(shù)據(jù)運算控制電路數(shù)據(jù)顯示電路AINSAIN整形電路BINSBIN第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.2.2 信號整形電路的設(shè)計 最簡單的信號整形電路就是一個單門限電壓比較器(如圖15.2所示)，當(dāng)輸入信號每通過一次零

4、時觸發(fā)器的輸出就要產(chǎn)生一次突然的變化。當(dāng)輸入正弦波時，每過一次零，比較器的輸出端將產(chǎn)生一次電壓跳變，它的正負(fù)向幅度均受到供電電源的限制，因此輸出電壓波形是具有正負(fù)極性的方波，這樣就完成了電壓波形的整形工作。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.2 采用單門限觸發(fā)器的整形電路 761U2ALM339R7VCCAINSBINSBIN123J1CON3GND10 k5412GND3VCC2U2AR6VCC10 kAINLM339BVCCGND第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 為了避免過零點多次觸發(fā)的現(xiàn)象

5、，我們使用施密特觸發(fā)器組成的整形電路。施密特觸發(fā)器在單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)。由于正反饋的作用，它的門限電壓隨著輸出電壓Uo的變化而改變，因此提高了抗干擾能力。本系統(tǒng)中我們使用兩個施密特觸發(fā)器對兩路信號進(jìn)行整形，電路圖如圖15.3所示。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.3 采用施密特觸發(fā)器的整形電路 542312U1ALM339761U1BLM339R2R6510 VCCVCCAINSBINSBIN123J1CON3GND5 V5 VR3R1R8R510 kR4100 10 k10 kR7100 10 k10 kR9510

6、 AIN第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.2.3 FPGA數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計 FPGA數(shù)據(jù)采集電路的功能就是實現(xiàn)將待測正弦信號的周期、相位差轉(zhuǎn)變?yōu)?9位的數(shù)字量。FPGA數(shù)據(jù)采集的硬件電路我們可采用FPGA下載板來實現(xiàn)，該下載板包含F(xiàn)PGA芯片、下載電路和配置存儲器，其電路結(jié)構(gòu)可參見對應(yīng)的FPGA下載板說明書。本電路主要是進(jìn)行FPGA的硬件描述語言(HDL)程序設(shè)計。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)采集電路的輸入信號有：CLK系統(tǒng)工作用時鐘信號輸入端；CLK

7、AA，CLKBB兩路被測信號輸入端；EN單片機發(fā)出的傳送數(shù)據(jù)使能信號，在EN的上升沿，F(xiàn)PGA向單片機傳送數(shù)據(jù)；RSEL單片機發(fā)出的傳送數(shù)據(jù)類型信號，當(dāng)RSEL=0時，F(xiàn)PGA向單片機傳送被測信號頻率數(shù)據(jù)，當(dāng)RSEL=1時，F(xiàn)PGA向單片機傳送被測信號相位差數(shù)據(jù)。FPGA數(shù)據(jù)采集電路的輸出信號有：DATA18.0FPGA到單片機的數(shù)據(jù)輸出口，由輸出控制信號EN和RSEL控制。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 本數(shù)字式相位測量儀的要求是測試并顯示輸入信號頻率范圍在20 Hz20 kHz，測試并顯示信號a、b的相位差，相位差的變化范圍為0359.9，

8、相位差的顯示分辨力為0.1，要求測量相位的絕對誤差2。由此可知： 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.4 FPGA數(shù)據(jù)采集電路系統(tǒng)組成框圖 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.2.4 單片機數(shù)據(jù)運算控制電路的設(shè)計 單片機數(shù)據(jù)運算控制電路的功能就是負(fù)責(zé)讀取FPGA/CPLD采集到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算待測正弦信號的頻率及兩路同頻正弦信號之間的相位差，同時通過功能鍵切換，顯示出待測信號的頻率和相位差。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 單片機數(shù)據(jù)運算

9、控制電路的硬件可由單片機、晶振電路、按鍵及顯示接口電路等組成。我們在設(shè)計中考慮到，單片機具有較強的運算能力和控制能力的特點，因此使用單片機的P0口，P2口及P1.0、P1.1、P1.2、P1.3接收FPGA送來的對應(yīng)于正弦信號的周期、相位差的19位數(shù)據(jù)信號，P1口的P1.7、P1.6接入兩個輕觸按鍵，完成功能選擇與設(shè)置。該電路的工作原理是，單片機通過向FPGA發(fā)送數(shù)據(jù)傳送指令，使FPGA按照單片機的要求發(fā)送數(shù)據(jù)，同時通過使用單片機的串口，將待顯示的數(shù)據(jù)信息送給數(shù)據(jù)顯示電路顯示。其原理圖如圖15.5所示。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.5

10、單片機系統(tǒng)原理圖 P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0X2X1RESETRDWRVP/EAP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDPSENPALE/U18051P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.71234567813121514311918VCCX1X2917163938373635343332D0D1D2D3D4D5D6D72122232425262728A8A9A10A11A12A13A14A15RXDTXDALE10113029C110 FR110 kS3S

11、W_PBC330 pFC130 pFCRYSTAL12MX2X1P1.7P1.6S1 SW_PBS2 SW_PBVCCGNDGND第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 單片機數(shù)據(jù)運算控制電路的軟件設(shè)計思路是，單片機不斷地從FPGA讀取信號的周期和a、b信號相位差所對應(yīng)的時間差，讀取數(shù)據(jù)后進(jìn)行有關(guān)計算，并通過轉(zhuǎn)換后，送出給顯示模塊，實現(xiàn)頻率和相位差的顯示。單片機主程序流程圖如圖15.6所示。 單片機在獲取FPGA的數(shù)據(jù)時，開始的是一般的讀取指令MOV指令，分別從單片機的P0口、P2口、P1口的低3位讀入數(shù)據(jù)，組合為一個19位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過控制口線P1

12、.3、P1.5控制FPGA釋放數(shù)據(jù)。經(jīng)過多次測試，采用這種方式獲得了比較好的效果。單片機讀取FPGA數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖15.7所示。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.6 主程序流程圖 開始初始化從FPGA讀a信號周期和a、b信號下降沿的時間差計算a信號的頻率和a、b信號的相位差送數(shù)據(jù)顯示第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.7 讀FPGA數(shù)據(jù)程序流程圖選通讀a、 b信號時間差打開閘門，F(xiàn)PGA釋放數(shù)據(jù)P0、P2、P1分別讀入數(shù)據(jù)并存入時間差數(shù)據(jù)緩沖區(qū)關(guān)閉閘門，禁止FPGA釋放數(shù)據(jù)返回關(guān)閉閘

13、門，禁止FPGA釋放數(shù)據(jù)打開閘門，F(xiàn)PGA釋放數(shù)據(jù)P0、P2、 P1分別讀入數(shù)據(jù)并存入周期數(shù)據(jù)緩沖區(qū)選通a信號周期時間第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 單片機從FPGA讀取信息后，對信息進(jìn)行計算，算出信號a的頻率，其流程圖如圖15.8所示。 由于a、b信號是兩路頻率相同、相位不同的正弦波信號，因此經(jīng)過整形電路后形成頻率相同，時間上不重合的兩路信號，這樣，F(xiàn)PGA可以計數(shù)出兩路信號的時間差從而可以計算出a、b信號的相位差，其程序流程圖如圖15.9所示。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.8 計算a的

14、頻率程序流程圖 調(diào)用除法，計算10000000/a 周期調(diào)用二進(jìn)制BCD轉(zhuǎn)換程序調(diào)用壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為單字節(jié)BCD碼程序存入數(shù)據(jù)到顯示緩存返回第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.9 計算a、b相位差的程序流程圖調(diào)用乘法，計算3600tN調(diào)用除法，計算 N/a 周期調(diào)用二進(jìn)制BCD轉(zhuǎn)換程序調(diào)用壓縮BCD碼轉(zhuǎn)換為單字節(jié)BCD碼程序存入數(shù)據(jù)到顯示緩存返回第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 最后單片機需要將信號送到輸出端顯示出來，即單片機通過顯示子程序?qū)⑿畔⑺偷斤@示電路顯示出來，程序流程圖如圖15.10所示

15、。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.10 顯示程序流程圖 顯示開始顯示頻率，賦頻率初始地址2FH.00？N顯示相位差，賦相位初始地址Y特殊顯示處理查表串行顯示指針減10？退出顯示YN第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.2.5 數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計 整個系統(tǒng)硬件電路中，單片機MCU與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)交換占用了P0口、P1口和P3口，因此數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計采用靜態(tài)顯示的方式，顯示電路由8個共陽極七段數(shù)碼管和8片1位串入8位并出的74LS164芯片組成。這種顯示方式不僅可以得到較為簡單的硬件電路，而

16、且可以得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)輸出；這種連接方式不僅占用單片機端口少，而且充分利用了單片機的資源，容易掌握其編碼規(guī)律，簡化了軟件編程，在實驗過程中，也體現(xiàn)出較高的可靠性。數(shù)據(jù)顯示電路如圖15.11所示。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.11 數(shù)據(jù)顯示電路 abcdefgdpcomafeg bcddp12345678abcdefgdpU11DPYR11 kQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMR345610111213dpgfedcba12RXDTXD74LS164abcdefgdpcomafeg bcddp12345678abcdefgdpU1

17、2DPYR21 kQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMR345610111213dpgfedcba1274LS164abcdefgdpcomafeg bcddp12345678abcdefgdpU13DPYR31 kQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMR345610111213dpgfedcba1274LS164abcdefgdpcomafeg bcddp12345678abcdefgdpU17DPYR71 kQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMR345610111213dpgfedcba1274LS164abcdefgdpcomafeg bcddp12345678ab

18、cdefgdpU18DYPR81 kQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7ABCLKMR345610111213dpgfedcba1274LS164U1U2U3U7U85 VVCC89898989895 VVCC第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 74LS164是一種8位高速串入/并出的移位寄存器，隨著時鐘信號的高低變化，串行數(shù)據(jù)通過一個2輸入與門同步的送入，使用獨立于時鐘的主控復(fù)位端讓寄存器的輸出端變?yōu)榈碗娖剑⑶也捎眯ぬ鼗Q位電路以達(dá)到高速運行的目的。并且還具有以下的特點： 典型的35 MHz移位頻率； 異步主控復(fù)位； 門控串行輸入； 同步數(shù)據(jù)傳輸；

19、采用鉗位二極管限制高速的終端； 靜電放電值大于3500 V。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 在本系統(tǒng)中，74LS164的連接方式為：74LS164的輸出Q0Q7分別接LED數(shù)碼管的dp、g、f、e、d、c、b、a，并且Q7連接下一個74LS164的A、B端，時鐘CLK連接單片機的TXD端，第一片芯片的AB端連接單片機的RXD端，74LS164芯片的主控復(fù)位端接高電平VCC。在這種狀態(tài)下，數(shù)碼管的編碼如表15.1所示。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 表15.1 數(shù)碼管的編碼表 第第1515章章 低頻數(shù)

20、字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.3 主要主要VHDL源程序和匯編語言程序源程序和匯編語言程序15.3.1 FPGA的VHDL源程序清單 -SZXWYVHD LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL； ENTITY SZXWY IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC； CLKAA:IN STD_LOGIC；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 CLKBB:IN STD_LOGIC； EN,RSEL:IN ST

21、D_LOGIC； CLKAC,CLKBC:OUT STD_LOGIC； -仿真觀測輸出點，調(diào)試好后應(yīng)去掉，以下同 CLKFC:OUT STD_LOGIC； -仿真觀測輸出用 DATAAC:OUT STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)； -仿真觀測輸出用 DATABC:OUT STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)； -仿真觀測輸出用第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 CLAC,CLBC:OUT STD_LOGIC；-仿真觀測輸出用 DAC:OUT STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)；

22、-仿真觀測輸出用 CLRAC:OUT STD_LOGIC；-仿真觀測輸出用 ENAC:OUT STD_LOGIC；-仿真觀測輸出用 LOADAC:OUT STD_LOGIC；-仿真觀測輸出用 DATA:OUT STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 END ENTITY SZXWY； ARCHITECTURE ART OF SZXWY IS SIGNAL CLKF:STD_LOGIC； SIGNAL DATAA:STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)； SIGNAL DATA

23、B:STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)； SIGNAL CLB:STD_LOGIC； SIGNAL DA:STD_LOGIC_VECTOR(18 DOWNTO 0)； SIGNAL CLRA:STD_LOGIC； SIGNAL ENA:STD_LOGIC； SIGNAL LOADA:STD_LOGIC； BEGIN第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 -信號分頻模塊 FPQ:BLOCK IS BEGIN PROCESS(CLK) IS VARIABLE TEMP:INTEGER RANGE 0 TO 4； VARIABLE CL

24、:STD_LOGIC； BEGIN IF RISING_EDGE(CLK) THEN IF TEMP=3 THEN TEMP:=0；CL:=1； ELSE TEMP:=TEMP+1；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 CL:=0； END IF； END IF； CLKF=CL； CLKFC=CLKF；-仿真觀測輸出用 END PROCESS； END BLOCK FPQ； -控制信號產(chǎn)生模塊 KZXH:BLOCK IS SIGNAL CLKA,CLKB:STD_LOGIC； SIGNAL CLA:STD_LOGIC； BEGIN 第第1515章章

25、低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 CLKA=NOT CLKAA； CLKB=NOT CLKBB； CLKAC=CLKA；-仿真觀測輸出用 CLKBC=CLKB；-仿真觀測輸出用 PROCESS(CLKA) IS BEGIN IF RISING_EDGE(CLKA) THEN CLA=NOT CLA； END IF； ENA=CLA；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 LOADA=NOT CLA； CLAC=CLA；-仿真觀測輸出用 ENAC=ENA；-仿真觀測輸出用 LOADAC=LOADA；-仿真觀測輸出用 END PR

26、OCESS； PROCESS(CLKB) IS BEGIN IF RISING_EDGE(CLKB) THEN CLB=NOT CLB； END IF； CLBC=CLB；-仿真觀測輸出用第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 END PROCESS； PROCESS(CLKA,CLA) IS BEGIN IF CLKA=0 AND CLA=0 THEN CLRA=1； ELSE CLRA=0； END IF； CLRAC=CLRA；-仿真觀測輸出用 END PROCESS； END BLOCK KZXH；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相

27、位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 -時間檢測模塊 SJJC:BLOCK IS BEGIN PROCESS(ENA,CLRA,CLKF) IS BEGIN IF CLRA=1 THEN DA=0000000000000000000； ELSIF RISING_EDGE(CLKF) THEN IF ENA=1 THEN DA=DA+1； END IF； END IF；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DAC=DA；-仿真觀測輸出用 END PROCESS； END BLOCK SJJC； -數(shù)據(jù)鎖存模塊 SJSC:BLOCK IS BEGIN PROCE

28、SS(CLB) IS -時間差數(shù)據(jù)進(jìn)程 BEGIN IF CLBEVENT AND CLB=0 THEN DATAB=DA； END IF；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DATABC=DATAB； -仿真觀測輸出用 END PROCESS； PROCESS(LOADA) IS -提取周期數(shù)據(jù)進(jìn)程 BEGIN IF RISING_EDGE(LOADA) THEN DATAA=DA； END IF； DATAACDATADATANULL； END CASE； END IF； END PROCESS； END BLOCK SCXZ；END ARCHI

29、TECTURE ART；第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.3.2 單片機的匯編語言源程序清單；SZXWY.ASMDATAH EQU 40H ; 周期的時間DATAL EQU 41HDATA2L EQU 42H ; 時間差DATA2HEQU 43HDATA3 EQU 44HDATA33 EQU 45H第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 AD0EQU30H ; 除法占用 ; 乘法占用AD1 EQU31HAD2 EQU32HAD3 EQU33HAD4 EQU34HAD5 EQU35HAD6 EQU36H

30、ADA EQU4FHADB EQU5FHADC EQU4DHADE EQU5DH第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DSEL BIT P1.3FEN BIT P1.5KEY1 BIT P1.7KEY2 BIT P1.6ALA BIT P3.5DISPBIT BIT 2FH.0 ORG 00H LJMP 100H ORG 100HMIAN: MOV 2FH,#01H第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MIAN1: NOP LCALL DUSHUJU ; 讀FPGA數(shù)據(jù) LCALL ZHUNBEIZHOUQI

31、; 裝入頻率除法數(shù)據(jù) CLR 2FH.3 JNB 2FH.3,DIVDD1 LJMP CHCHU第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DIVDD1:LCALL DIVD1 ; 計算頻率 MOV 6FH, 4FH MOV 6EH, 4EH MOV 6DH, 4DH MOV 6CH, 4CH MOV 35H,4FH MOV 34H,4EH MOV 33H,4DH MOV 32H,4DH LCALL BCDST ; 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD碼第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV R0,#30H MOV R1,#3F

32、H MOV R7,#04H MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0 MOV 36H,#0 LCALL BCD_2BCD MOV 70H,#18第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 71H,30H MOV 72H,31H MOV 73H,32H MOV 74H,33H MOV 75H,34H MOV 76H,35HMIANWC: LCALL X3600 ; 裝入相位計算數(shù)據(jù) LCALL MULNM MOV 4AH,5AH ; 將以X3600為初始地址單元的

33、積送入除法緩沖區(qū)第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 4BH,5BH MOV 4CH,5CH MOV 4DH,5DH MOV 4EH,5EH MOV 4FH,5FH MOV 5FH,DATAL ; 裝入被測周期時間 MOV 5EH,DATAH MOV 5DH,DATA3 LCALL DIVD1 ; 得到相位差值 MOV 35H,4FH MOV 34H,4EH第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 33H,4DH MOV 32H,#0 LCALL BCDST ; 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD碼 MOV R0,

34、#30H MOV R1,#3FH MOV R7,#04H MOV 30H,#0 MOV 31H,#0 MOV 32H,#0 MOV 33H,#0 MOV 34H,#0 MOV 35H,#0第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 36H,#0 LCALL BCD_2BCD MOV 78H,#16 MOV 79H,30H MOV 7AH,31H MOV 7BH,32H MOV 7CH,33H MOV 7DH,34H MOV 7EH,35HCHCHU: LCALL DISP第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析

35、KEYCOD: JB P1.7, MIAN11 LCALL DELAY1 JNB P1.7, $ CPL 2FH.0 LCALL DELAY2MIAN11: LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 LCALL DELAY1 LJMP MIAN1 PROC DUSHUJU第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DUSHUJU: CLR DSEL CLR FEN MOV A,P0 MOV DATAL,A MOV A,P2 MOV DATAH,A MOV A,P1 ANL A,#00000111B MOV DATA3,A SETB DSEL SET

36、B FEN NOP第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 CLR FEN MOV A,P0 MOV DATA2L,A MOV A,P2 MOV DATA2H,A MOV A,P1 ANL A,#00000111B MOV DATA33,A SETB FEN RET NOP ; PC值出錯處理第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 NOP ; 空操作 NOP ; 空操作 LJMP MIAN ; 重新復(fù)位起動 END PROC ZHUNBEIZHOUQI ZHUNBEIZHOUQI: ；2N BYTE / N BYTE

37、 = N BYTE ,HERE N=3 IN 31H；(4A,4B,4C,4D,4E,4FH)/(5D,5E,5FH)=(4D,4E,4FH)第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 5FH,DATAL MOV 5EH,DATAH MOV 5DH,DATA3 MOV 4FH,#80H ; 低位 MOV 4EH,#96H MOV 4DH,#98H MOV 4CH,#00H MOV 4BH,#0H MOV 4AH,#0H RET NOP ; PC值出錯處理第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 NOP ; 空操作

38、NOP ; 空操作LJMPMIAN ; 重新復(fù)位起動 END PROC MULNMMULNM: NOP ；N BYTES X M BYTES = N+M BYTES HERE N=3；M=3MOV30H,#03H ；(4D,4E,4FH)(5D,5E,5FH)=(5A5FH)MOV31H,#03H第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MULTT:MOVA,AD0 MOVR3,AD1 MOVR2,A ADDA,R3 INCA MOVAD2,A MOVA,#ADB CLRC SUBBA,R3 MOVAD6,A MOVR1,A SUBBA,R2第第1515章

39、章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV AD5,A INCR2MULNMZ:MOV R1,#00H DECR1 DJNZ R2,MULNMZMULNMB: MOV R2,AD0 MOV R1,AD6 MOV R0,#ADA CLR00HMULNML:MOV A,ADB第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 JZMULNMD MOV B,R0 MULAB ADDA,R1 MOV R1,A JNB00H,MULNM1 INCBMULNM1: MOVA,B DECR1 ADDC A,R1 MOVR1,A MOV 00H,C D

40、ECR0 DJNZ R2,MULNML第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MULNMD:MOV R0,AD5 CLR A MOV R2,AD2MULNMS: XCHA,R0 INCR0 DJNZ R2,MULNMS DJNZ R3,MULNMB RET NOP ; PC值出錯處理NOP ; 空操作第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 NOP ; 空操作LJMP MIAN ; 重新復(fù)位起動 END PROC X3600；N BYTES X M BYTES = N+M BYTES HERE N=3；M=3；(4D

41、,4E,4FH)*(5D,5E,5FH)=(5A-5FH) X3600: MOV 4DH, DATA33 MOV 4EH, DATA2H第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV 4FH, DATA2L MOV 5DH,#00H MOV 5EH,#0EH MOV 5FH,#10H RET NOP ; PC值出錯處理NOP ; 空操作NOP ; 空操作LJMPMIAN ; 重新復(fù)位起動 END 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 PROC BCD_2BCDBCD_2BCD: NOPLOOP0: CLR A M

42、OVA,R1 MOV B,A ；SWAP A ANL A,#0FH MOV R0,A INC R0 MOV A,B SWAP A ANL A,#0FH第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV R0,A DEC R1 INCR0 DJNZ R7,LOOP0 RET NOP ; PC值出錯處理 NOP ; 空操作 NOP ; 空操作 LJMPMIAN ; 重新復(fù)位起動 END 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 PROC DISP ; 顯示程序模塊DISP: PUSH ACC PUSHPSW PUSHDPH

43、PUSH DPL MOV A,76H CJNE A,#0,NOPB MOV 76H,#17 MOV A,75H CJNE A,#0,NOPB MOV 75H,#17第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,74H CJNE A,#0,NOPB MOV 74H,#17 MOV A,73H CJNEA,#0,NOPB MOV 73H,#17 MOV A,72H CJNE A,#0,NOPB MOV72H,#17 MOVA,71H CJNE A,#0,NOPB MOV 71H,#0第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)

44、計與分析 MOV A,70H CJNE A,#0,NOPB MOV 70H,#17 NOPB: MOV A,7EH CJNE A,#0,NOPB1 MOV 7EH,#17 MOV A,7DH CJNE A,#0,NOPB1 MOV 7DH,#17第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,7CH CJNE A,#0,NOPB1 MOV 7CH,#17 MOV A,7BH CJNE A,#0,NOPB1 MOV 7BH,#17NOPB1: MOV R1,#70H ; 起始顯示地址為 JNB 2FH.0 ,DISXW JMPDISPP第第1515章章

45、 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DISXW:MOV R1,#78HDISPP: MOV R2,#7DISP1: MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR JB 2FH.0 ,OKOK MOV B,A MOV A,R1 CJNE A,#7AH,NONO MOV A,B ANL A,#11110111B JMP OKOK第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 NONO: MOV A,BOKOK: MOV SBUF,ADL1: JNB TI,DL1 CLR TI INC R1 DJNZ R2,DI

46、SP1 POP DPL POP DPH POP PSW POP ACC第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 RET NOP ; PC值出錯處理 NOP ; 空操作 NOP ; 空操作LJMPMIAN ; 重新復(fù)位起動TAB: DB 88H,0EBH,04CH,049H,2BH ; 自制的顯示模塊 DB 19H,18H,0CBH,08H,09H DB 0AH,38H,9CH,68H,1CH,1EH ,00FH,0FFH ,2AH END第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 PROC DELAY1DELAY1: C

47、LR ALA MOV R6,#64HDELAY11:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DELAY11 SETB ALA RET NOP ; PC值出錯處理 NOP ; 空操作第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 NOP ; 空操作 LJMP MIAN ; 重新復(fù)位起動 END PROC DELAY2DELAY2: MOV R6,#64HDELAY21:MOV R7,#250 DJNZ R7,$第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DJNZ R6,DELAY21 RET NOP ; PC

48、值出錯處理NOP ; 空操作 NOP ; 空操作 LJMP MIAN ; 重新復(fù)位起動 ENDPROC DIVD1第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DIVD1:NOP； ; 2N BYTE / N BYTE = N BYTE ,HERE N=3 IN 31H ; (4A,4B,4C,4D,4E,4FH)/(5D,5E,5FH)=(4D,4E,4FH) MOV 30H,#06H ; 被除數(shù)的字節(jié)數(shù)為6 AD0=06H MOV 31H,#03H ; 除數(shù)的字節(jié)數(shù)第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DIVPP:

49、 MOVA,AD1 MOV R2,A ; R2=03H RLA RLA RLA MOV R3,A ; R3=18H=24D CLR 0F0H ; B.0=0 清標(biāo)志位 CLR C ; C=0 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,#ADA SUBB A,R2 MOV AD3,A ; AD3=4CH MOV R1,#ADBDIVMB2B: MOV A,R1 JNZDIVM2B DECR1 DJNZ R2,DIVMB2B SETB 0F0H RET第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DIVM2B: M

50、OV R2,AD1 MOV R1,#ADB MOV R0,AD3DIVM2L: MOV A,R0 SUBB A,R1 DECR0 DECR1 DJNZ R2,DIVM2L JNCDIVM20DIVM2D:LCALL SHIL1 JCDIVM2S第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DIVM2C: MOV R0,AD3 MOV R1,#ADB MOV R2,AD1DIVM2CL: MOV A,R0 SUBB A,R1 DECR0 DECR1 DJNZ R2,DIVM2CL JC DIVM2E第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與

51、分析設(shè)計與分析 DIVM2S: INCADA MOV R2,AD1 MOV R0,AD3 MOV R1,#ADB LCALL SUBMBBDIVM2E: DJNZ R3,DIVM2D RETDIVM20: SETB 0F0H RET DB02H,12H 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 SHIL1: MOV R2,AD0 MOV R0,#ADASHIL1B: CLRCSHILL: MOV A,R0 RLC A MOV R0,A DECR0 DJNZ R2,SHILL RET第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分

52、析 SUBMB: MOV R2,AD0 ; NO SIGN N BYTES MINUSE N BYTES MOV R0,#ADA ; (.4FH)-(.5FH)=(.4FH) MOV R1,#ADBSUBMBB: CLRCSUBMB1: MOV A,R0 SUBB A,R1 MOV R0,A第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 DECR0 DECR1 DJNZ R2,SUBMB1 RET NOP ; PC值出錯處理 NOP ; 空操作 NOP ; 空操作 LJMP MIAN ; 重新復(fù)位起動END第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀

53、的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 PROC BCDSTBCDST: MOV R7,#32 CLR C MOV 3FH,#00H MOV 3EH,#00H MOV 3DH,#00H MOV 3CH,#00H MOV 3BH,#00H MOV 3AH,#00H第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 KKK: MOV A,35H RLC A MOV 35H,A MOV A,34H RLCA MOV 34H,A MOV A,33H RLCA MOV 33H,A第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,32H RLCA MO

54、V 32H,A MOV A,3FH ADDC A,3FH DA A MOV 3FH,A MOV A,3EH ADDC A,3EH DA A MOV 3EH,A第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,3DH ADDC A,3DH DA A MOV 3DH,A MOV A,3CH ADDC A,3CH DA A MOV 3CH,A MOV A,3BH ADDC A,3BH DA A MOV 3BH,A第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 MOV A,3AH ADDC A,3AH DA A MOV 3AH,

55、A DJNZ R7,KKK RET NOP ; PC值出錯處理NOP ; 空操作NOP ; 空操作LJMPMIAN ; 重新復(fù)位起動 END END第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.4 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真/硬件驗證硬件驗證 15.4.1 系統(tǒng)調(diào)試的方法 本系統(tǒng)既含有FPGA自編程硬件設(shè)計電路，又含有單片機控制電路，整個系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此我們采用自底向上的調(diào)試方法，也就是先進(jìn)行各個單元電路的軟件仿真和硬件調(diào)試，在各個單元電路調(diào)試好后再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行硬件的編程固化及系統(tǒng)的組裝。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與

56、分析設(shè)計與分析 15.4.2 系統(tǒng)調(diào)試的軟/硬件 (1) 系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)軟件：MAX+plus 10.0、偉福6000(WAVE 6000 for windows)。 (2) 單片機及FPGA/CPLD調(diào)試設(shè)備：PIV計算機、偉福E6000L單片機仿真器及POD8X5XP仿真頭、GW48-CK EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)及EPF10K20TC144-4FPGA適配板、單片機最小系統(tǒng)、煒煌WH-500B程序編寫加密器、GDS-820S數(shù)字存儲示波器。 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.4.2 系統(tǒng)的有關(guān)仿真 圖15.12是FPGA數(shù)據(jù)采集電路VHDL程序

57、設(shè)計仿真圖。請讀者自己對照程序進(jìn)行仿真分析。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 圖15.12 FPGA數(shù)據(jù)采集電路仿真圖 第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 15.4.4 系統(tǒng)的硬件驗證 1單元電路的調(diào)試 F P G A / C P L D 數(shù) 據(jù) 采 集 電 路 的 調(diào) 試 ： 使 用MAX+plus 10.0、計算機、GW48-CK EDA實驗開發(fā)系統(tǒng)等軟件和設(shè)備，對FPGA/CPLD測控電路進(jìn)行VHDL程序的調(diào)試、有關(guān)仿真以及編程下載，硬件測試等。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 單片機數(shù)據(jù)處理控制程序的調(diào)試：使用偉福6000(WAVE 6000 for windows)、計算機、偉福E6000L單片機仿真器及POD8X5XP仿真頭等軟件和設(shè)備，對單片機數(shù)據(jù)處理控制程序進(jìn)行調(diào)試。第第1515章章 低頻數(shù)字相位測量儀的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計與分析設(shè)計與分析 2系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)