一種基于FPGA的相位測(cè)量方法

1、第6卷 第3期 大 連 民 族 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) Vol.6 No.3 2004年5月 JOURNAL OF DALIAN NATIONALITIES UNIVERSITY May 2004 收稿日期：20031021作者簡(jiǎn)介：陳興文（1969），男，遼寧錦州人，大連民族學(xué)院機(jī)電工程系副教授研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用38 大 連 民 族 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 第6卷計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值設(shè)為Nx，則被測(cè)信號(hào)的相Nx位差為=×360o1Fx將所測(cè)的Nx、Fx數(shù)據(jù)送往單片機(jī)，利用單片機(jī)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，得出兩路信號(hào)相位差. 在FPGA測(cè)量相位差時(shí)，利用單片機(jī)控制測(cè)量?jī)陕沸盘?hào)頻率的閘門(mén)時(shí)間，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)與單片

2、機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，最終實(shí)現(xiàn)顯示測(cè)得的相位差.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1 FPGA實(shí)現(xiàn)相位測(cè)量由上述分析可以看出，相位的測(cè)量需完成在脈沖寬度控制下的計(jì)數(shù)和測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率. 為了提高系統(tǒng)測(cè)量精度，本系統(tǒng)采用等精度恒誤差測(cè)頻，即系統(tǒng)測(cè)量精度與被測(cè)信號(hào)頻率無(wú)關(guān)的測(cè)頻方法2. 將大規(guī)模可編程邏輯器件作為頻率信號(hào)采集的核心，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和鍵盤(pán)顯示. 這樣做可使電路大為簡(jiǎn)化，不僅能夠充分發(fā)揮大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷奶攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，而且測(cè)量的穩(wěn)定性大大提高. 3.2 相位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與輸出本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)相位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與輸出，采用了單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展鍵盤(pán)顯示電路，單片機(jī)主要用于接收來(lái)自FPGA的測(cè)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)

3、行四字節(jié)浮點(diǎn)運(yùn)算. 采用由鍵盤(pán)、顯示專(zhuān)用芯片8279擴(kuò)展電路3，這樣可更多的節(jié)約單片機(jī)的資源，而且軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單.2 相位檢測(cè)在相位測(cè)量時(shí)，常常需要測(cè)出待測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的關(guān)系，即待測(cè)信號(hào)是超前還是滯后于基準(zhǔn)信號(hào)1.相位檢測(cè)如圖3所示. 圖2給出的波形為FV滯后FR得到的FR-FV相位差，此時(shí)Q輸出高電平. 同理，若FV超前于FR，則Q輸出低電平.4 測(cè)試結(jié)果由輸入通道輸入正弦信號(hào)，通過(guò)移相網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行相位測(cè)試，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1從測(cè)試結(jié)果可以看出，在相位差信號(hào)測(cè)量時(shí)，信號(hào)相位差測(cè)量，誤差較小. 而且通過(guò)提高FPGA的計(jì)數(shù)脈沖頻率可以進(jìn)一步提高相位測(cè)量圖3 正負(fù)相位檢測(cè)表1 相位差測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信號(hào)

4、發(fā)生 器發(fā)頻率 （Hz） 100.5 100.5 100.5 100.5系統(tǒng)測(cè) 頻率 （Hz） 100.217 100.217 100.217 100.217表測(cè) 頻率 （Hz） 100.582 100.554 100.549 100.536測(cè)頻絕 對(duì)誤差 （Hz） 0.365 0.337 0.332 0.319測(cè)頻相 對(duì)誤差 (%) 0.003 0.003 0.003 0.003系統(tǒng)測(cè) 相位差 （度） 60.92 55.41 43.18 36.29表測(cè) 相位差 （度） 60.46 52.55 42.36 37.30測(cè)相絕 對(duì)誤差 (%) 0.46 2.86 0.82 1.01的范圍和精度.參

5、考文獻(xiàn)：1 劉公致，郭裕順. 一種較精確的相位測(cè)量方法J. 杭州電子工學(xué)院學(xué)報(bào). 1999，1（1）：44-50. 2 潘 松，黃繼業(yè). EDA技術(shù)實(shí)用教程M. 北京：科學(xué)出版社，2002.第2期 陳興文，高彥龍，蘇運(yùn)動(dòng)：一種基于FPGA的相位測(cè)量方法 393 徐維祥，劉旭敏. 單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M. 遼寧：大連理工大學(xué)出版社，1996.A Phase Measurement Method Based on FPGACHEN Xing-wen, GAO Yan-long, SU Yun-dong(Dept. of Electromechanical and Information Engi

6、neering Dalian Nationalities University, Dalian Liaoning 116600, China) Abstract: The principle of phase measurement and detection is discussed. The scheme of measuring phase based on FPGA is presented. Dual-chip system from FPGA and single-chip computer fulfils the phase measurement with equivalent

7、 accuracy and constant error. This system, having a wide measurement range of signal frequency an d the small error in measuring phase, is of great value to practical application.Key words: phase measurement; frequent measurement; single chip computer; FPGA（上接第33頁(yè)）參考文獻(xiàn)：1 李德仁，郭丙軒，王 密，等. 基于GPS與GIS集成的車(chē)

8、輛導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（6）：208-211.2 王克宏，湯志忠，胡 蓬. 知識(shí)工程與知識(shí)處理系統(tǒng)M. 北京：清華大學(xué)出版社，1994.3 蘇開(kāi)娜，易小琳，任文君，等. 基于道路動(dòng)態(tài)視覺(jué)導(dǎo)航的控制策略與仿真J. 計(jì)算機(jī)仿真，1998，（10）：52-55.On the Navigation and Controlof Autonomous Land Vehicle Based on Multi-agentsDU Yuan-hu(Dalian Nationalities University, Dalian Liaoning 116600,China)Abstr

9、act：The paper brings forward the conception of navigation and control of autonomous land vehicle based on multi- agents. The research is an integration method about the navigation technique based on GPS/GIS and computer vision. It is a beneficial attempt to improve the robustness of the navigation and control system based on computer vision, which will crea