基于單片機和CPLD的數(shù)字頻率計的設計doc

引言在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，通常將單片機作為控制核心并輔以相應的元器件構(gòu)成一個整體。但這種方法硬件連線復雜、可靠性差，且在實際應用中往往需要外加擴展芯片，這無疑會增大控制系統(tǒng)的體積，還會增加引入干擾的可能性。對一些體積小的控制系統(tǒng)，要求以盡可能小的器件體積實現(xiàn)盡可能復雜的控制功能，直接應用單片機及其擴展芯片就難以達到所期望的效果。復雜可編程邏輯器件（P）具有集成度高、運算速度快、開發(fā)周期短等特點，它的出現(xiàn)，改變了數(shù)字電路的設計方法、增強了設計的靈活性?；诖耍疚奶岢隽艘环N采用la公司的P 和 公司的單片機 相結(jié)合的數(shù)字頻率計的設計方法。該數(shù)字頻率計電路簡潔，軟件潛力得到充分挖掘，低頻段測量精度高，有效防止了干擾的侵入。獨到之處體現(xiàn)在用軟件取代了硬件。P開發(fā)環(huán)境簡介D a u超高速a s集成電路硬件描述語言）是由美國國防部開發(fā)的一種快速設計電路的工具，目前已經(jīng)成為的一種工業(yè)標準硬件描述語言。相比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設計方法， 具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，支持自頂向下和基于庫的設計的特點，因此設計者可以不必了解硬件結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)設計入手，在頂層進行系統(tǒng)方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設計，在方框圖一級用對電路的行為進行描述，并進行仿真和糾錯，然后在系統(tǒng)一級進行驗證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，下載到具體的P器件中去，從而實現(xiàn)可編程的專用集成電路.（_）的設計。2Max+PlusII開發(fā)工具Max+PlusII開發(fā)工具是美國l公司自行設計的一種軟件工具。它具有全面的邏輯設計能力，設計者可以自由組合文本、圖形和波形輸入法，建立起層次化的單器件或多器件設計。利用該工具配備的編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能，將設計的電路圖或電路描述程序變成基本的邏輯單元寫入到可編程芯片中（如PlP）,做成 芯片。它支持E及l(fā)ass等系列P器件，設計者無須精通器件內(nèi)部的復雜結(jié)構(gòu)，只需用自己熟悉的設計輸入工具，如高級行為語言、原理圖或波形圖進行設計輸入，它便將這些設計轉(zhuǎn)換成目標結(jié)構(gòu)所要求的格式，從而簡化了設計過程。而且Max+PlusII提供了豐富的邏輯功能庫供設計者使用。設計者利用以上這些庫及自己添加的宏功能模塊，可大大減輕設計的工作量。使用Max+PlusII設計P器件的流程如圖所示。

本系統(tǒng)采用等精度測頻的原理來測量頻率，其原理如圖2所示。圖中的門控信號是可預置的寬度為的一個脈沖。N和N是兩個可控計數(shù)器。標準頻率信號從N的時鐘輸入端輸入，其頻率為；被測信號經(jīng)整形后從N的時鐘輸入端輸入，設其實際頻率為xe測量頻率為x當門控信號為高電平時，被測信號的上沿通過觸發(fā)器的端同時啟動計數(shù)器N和N。對被測信號矯口標準頻率信號S同時計數(shù)。當門控信號為低電平時，隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個計數(shù)器同時關(guān)閉。設在一次門控時間 中對被測信號計數(shù)值為Nx，對標準頻率信號的計數(shù)值為Ns，則：xNx $標準頻率和被測頻率的門寬時間 完全相同）就可以得到被測信號的頻率值為:xNsSXNx系統(tǒng)硬件電路設計系統(tǒng)總體設計本系統(tǒng)的硬件電路包括鍵盤控制模塊、顯示模塊、輸入信號整形模塊以及單片機主控

和 模塊。鍵盤控制模塊設置個功能鍵和個時間選擇鍵，鍵值的讀入采用一片來完成，顯示模塊用只 完成—的串行顯示。系統(tǒng)由一片完成各種測試功能，對標準頻率和被測信號進行計數(shù)。單片機對整個測試系統(tǒng)進行控制，包括對鍵盤信號的讀入與處理；對測量過程的控制、測量結(jié)果數(shù)據(jù)的處理；最后將測量結(jié)果送顯示輸出。被測信號整形電路主要對被測信號進行限幅、放大、再經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后送入。用的有源晶振作為的測試標準頻率。單片機由外接標準晶振提供時鐘電路。系統(tǒng)組成原理如圖所示。根據(jù)等精度測頻原理，利用實現(xiàn)的測頻頂層電路模塊邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。根據(jù)等精度測頻原理，利用實現(xiàn)的測頻頂層電路模塊邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示。該模塊由個子模塊構(gòu)成。其中為測頻或測周期控制模塊；為測脈寬和占空比控制模塊；為自校與測量選擇模塊；為基準頻率和被測頻率計數(shù)器模塊。被測信號脈沖經(jīng) 選擇后，從控制模塊 的 端輸入，基準頻率信號從端輸入， 是初始化信號。在進行頻率或周期測量時，完成如下步驟在 端加正脈沖信號完成測試電路狀態(tài)的初始化。由預置門控信號將 置高電平，預置門開始定時，此時由被測信號的上沿打開計數(shù)器，同時對基準頻率信號和被測信號進行計數(shù)。

頂置門定時結(jié)束信號把 置為低電平由單片機來完成，在被測信號的下一個脈沖的上沿到來時， 停止計數(shù)。計數(shù)結(jié)束后，端輸出低電平來指示測量計數(shù)結(jié)束，單片機得到此信號后，即可利用進行選擇，四次分別讀回中基準頻率信號和被測信號計數(shù)值，并根據(jù)上述測量公式進行運算，計算出被測信號的頻率或周期值。系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)的單片機主控及其外圍電路模塊用 l語言編寫，軟件模塊對應于硬件電路的每一個部分，還包括部分數(shù)據(jù)計算和轉(zhuǎn)換模塊。P模塊用 語言編寫，并在Max+PlusII平臺上，完成P的軟件設計、編譯、調(diào)試、仿真和下載。系統(tǒng)初始化后，主程序不斷掃描鍵盤子程序，當其鍵按下時，程序跳轉(zhuǎn)到相應的子程序執(zhí)行其功能，然后返回繼續(xù)執(zhí)行鍵盤掃描主程序。其主程序流程圖如圖5所示。+測周期子程序工中占空比子程-+測周期子程序工中占空比子程-H試驗測試的結(jié)果如表1所示。被測含考頻率(FX)標在甄率FS閘門時間被狽趣率計致謝也標您頻率計數(shù)值2頂川■幸1HiICteA1C1FECF51.0596d91122HZIs7B2FA7CD6123,072SE97SHZ-50MHz0.1563qtSFAE9跖.54335I^SKHe.0.Is30ED4C7O6F125012.00：250KHz0.1561DA。匚711725