畢業(yè)設計（論文）-智能化頻率測量技術的研究.doc

題目智能化頻率測量技術的研究TitleTheresearchofintelligentfrequencymeasuretechnique摘要頻率是電子測量技術領域中的一個最基本參量，因此頻率測量技術有著極其重要的作用，它在工業(yè)、農業(yè)、航天、軍事等各個領域有著廣泛的應用。近年來隨著光電技術的飛速發(fā)展，利用光電測頻的方法更被人們重視起來。本文論述了基于虛擬儀器的數字式自校準光照度計的系統(tǒng)組成、基本工作原理。還討論了利用MCS-51單片機進行智能控制的基本方法，使光電測頻實現智能化。文中還對光電測頻的基本機理、接口方式和控制程序進行了具體介紹，尤其重點講述了基于FPGA的高速高精度測頻方法的研究。以FPGA為核心的高速高精度的頻率測量，不同于常用測頻法和測周期法，不僅消除了直接測頻方法中對測量頻率需要采用分段測試的局限，而且在整個測試頻段內能夠保持高精度不變。又由于采用FPGA芯片來實現頻率測量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特點。此系統(tǒng)經調試后能自動顯示測量的光照度值和所測頻率，實現了光電測頻的自動化和智能化，對于實際應用意義重大。關鍵詞：照度計FPGA自校準ABSTRACTFrequencyisabasicparameterinelectronicmeasurement,forthisreasonfrequencymeasuretechniquehasgotveryimportantfunction,ithavegotextensiveapplicationintheindustry,agriculture,aviationandmilitaryrealm.Photoelectricitytechniquehasbeendevelopedveryfastinrecentyears,sothefrequencymeasurewithphotoelectricitytechniquewerevaluedbypeople.Thistextdiscussesaformofilluminometerofnumericalshapeandautomaticcalibrationandworkingprinciple.Atatime,itgivesacontrolwayusingMCS-51singleMicrocontrollor,Whichmakethefrequencymeasurewithphotoelectricitytobeintelligent.Thispaperalsogivethebasicprincipal,interfacemannerandcontrolproceduresofthefrequencymeasurewithphotoelectricity,particularlydiscusesanewmethodofsuper-speedhighaccuracyfrequencymeasuresaccordingtotheFPGA.Thesuper-speedhighaccuracyfrequencymeasurewithFPGAisdifferentfromcommonmethodoffrequencymeasureandperiodmethod,itnotonlydissolvesthedemandofsectiontestinginthedirectlyfrequencymeasure,butalsokeepshighaccuracyinthewholetest.AgainbecauseofadoptionFPGAtorealizethefrequencymeasure,ithashighgatheringdegree,highspeedandhighdependability.Thissystemafteradjustcanshowautomaticallythatthemeasuredlightshinesandthefrequencymeasured,itrealizestheautomationandintelligenceinthefrequencymeasurewithphotoelectricity,itisimportantfortheactualapplication.Keywords:illuminometerFPGAautomaticcalibration目錄摘要ABSTRACT目錄第一章緒論1第二章計數式測頻電路的基本原理22.1頻率測量電路基本組成22.2直接計數式測頻電路的測量原理及誤差分析32.3倒數計數式計頻電路的測量原理5第三章自校準光照度計的基本原理7第四章基于FPGA的高速高精度頻率測量的研究94.1測頻原理及誤差分析94.2硬件設計12第五章光照度計與計算機接口15第六章數字式自校準光照度計的單片機控制176.1系統(tǒng)組成176.28253的自校準測量接口176.3關于ALE信號186.4顯示器與鍵盤19第七章軟件設計20第八章基于虛擬儀器的光照度計22結論24致謝25參考文獻26第一章緒論頻率的測量是現代科學技術中不可忽視的一環(huán)，如何能更好的測定頻率是人們一直在探討的話題，測頻的方法也多種多樣，常用的直接測頻方法在實用中有較大的局限性，其測量精度隨著被測信號頻率的下降而降低，并且對被測信號的計數要產生1個數字誤差。而采用等精度頻率測量方法具有測量精度高，測量精度保持恒定，不隨所測信號的變化而變化的優(yōu)點。近年來隨著光電技術的飛速發(fā)展，利用光電測頻的方法更被人們重視起來。照度通常用于光度測量和照相技術。常見的照度計所采用的器件是光電池。在實際制作時，為了使其符合人的視覺靈敏度，通常對光信號還要進行一定的光學處理。當光線照射到光電池表面時，光電池把入射照度按一定比例轉變?yōu)殡娏?，使聯結在電路內的電流表指針發(fā)生偏轉，這樣即可讀出相應的光照度值。這種模擬量的照度計結構比較簡單，精確度不高，要求光學系統(tǒng)和光電處理電路的性能必須十分穩(wěn)定，否則，將引起測量上的誤差。本文論述了基于虛擬儀器的數字式自校準光照度計的系統(tǒng)組成、基本工作原理,還討論了利用MCS-51單片機進行智能控制的基本方法，使光電測頻實現智能化。文中重點討論了利用現場可編程門陣列FPGA(FieldProgrammableGateArray)進行高速高精度測頻的方法，FPGA具有集成度高、高速和高可靠性的特點，使頻率的測頻范圍可達到01Hz100MHz，測頻全域相對誤差恒為11000000。下面論述對光照度信號進行數字化處理的可行性方案，以及利用光照度計和FPGA芯片進行等精度測頻的討論，同時充分利用單片機體積小、控制功能強的特點，實現了對光照度的自動校準和自動測量，最后討論了利用虛擬儀器對本系統(tǒng)的模擬。第二章計數式測頻電路的基本原理計數式測頻電路的基本原理是將頻率實行A/D轉換，然后把數字量脈沖的個數，進行數字計數，最后把計數結果，以單位時間內脈沖個數之量值，用數字顯示器直接顯示出來。2.1頻率測量電路的基本組成頻率測量電路的最基本的五大部分是：輸入通道、主門、計數和顯示、閘門時間產生電路以及控制電路。如圖2-1圖2-1計頻電路的基本組成輸入通道的作用是接受被測信號，并對被測信號進行放大和整形，通過電平轉換后，產生TTL電平的矩形脈沖，然后送往主門。主門（又稱閘門）在頻率計數過程中，是實現量化的比較電路。有了主門才能進行頻率的量化比較，實現頻率的數字轉換。計數顯示電路的任務是來自主門的脈沖進行計數，并將計數結果以數字形式顯示出來。閘門時間產生電路是為數字式計頻電路提供比較法進行測量，也就是將被測信號與一系列的標準時間信號進行比較。控制電路的作用是產生各種控制信號，去控制各電路單元的互作，使各部分電路按一定的規(guī)律有條不紊的自動完成整體互作。2.2直接計數式測頻電路的測量原理及誤差分析直接計數式測頻電路的測量原理：頻率是指單位時間內震動的次數。從測量的角度看，及在標準的時間內，測得被測信號的脈沖數。其測量頻率的方框圖如圖2-2所示。圖2-2直接計數式測頻電路的原理圖被測信號fx送入A通道，經放大整形后，使每個周期形成一個脈沖，這些脈