基于CPLD與51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)(參考)

基于CPLD與51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)組員：趙聰（2012128089）關(guān)珊珊（2012128022）謝葉青（2012128068）成民民（2012128011）劉慧（2012128040）馬商牟司（2012128044）班級(jí)：1211電子信息工程指導(dǎo)老師：張靜目錄一、背景二、總體方案設(shè)計(jì)與分析三、模塊電路設(shè)計(jì)四、軟件設(shè)計(jì)五、性能測(cè)試和實(shí)物演示一、背景

數(shù)字頻率計(jì)是通信設(shè)備、視、音頻等科研項(xiàng)目生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的重要測(cè)量?jī)x器?；趥鹘y(tǒng)頻率測(cè)量原理的頻率計(jì)的測(cè)量精度將隨被測(cè)頻率信號(hào)頻率的下降而下降，在實(shí)際應(yīng)用中有較大的局限性。如果要求只使用一種測(cè)量方法而對(duì)整個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率信號(hào)的測(cè)量都能達(dá)到同樣的精度，就只能采用等精度頻率測(cè)量方法。而基于CPLD與51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)不但能在整個(gè)頻率測(cè)量區(qū)域內(nèi)保持恒定的頻率測(cè)量精度，且具有較高的頻率測(cè)量精度。因此，等精度頻率測(cè)量技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用非常廣泛。二、總體方案設(shè)計(jì)與分析2.1測(cè)頻原理分析2.1.1頻率測(cè)量方案方案一：周期頻率測(cè)量法。這種頻率測(cè)量方法需要有標(biāo)準(zhǔn)的頻率信號(hào)，在待測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)提供的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行周期計(jì)數(shù)。這種方法的計(jì)數(shù)值會(huì)產(chǎn)生最大為±1個(gè)脈沖誤差，并且測(cè)試精度與計(jì)數(shù)器中記錄的數(shù)值有關(guān)，為了保證頻率的測(cè)量精度，周期測(cè)量法僅適用于頻率較低的待測(cè)信號(hào)的頻率測(cè)量。方案二：等精度頻率測(cè)量法，測(cè)量的精度保持一個(gè)定值，不隨所測(cè)信號(hào)頻率的變化而變化。在快速測(cè)量的要求下，如果要得到較高的頻率測(cè)量精度，那么必須采用較高頻率的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。由于單片機(jī)本身時(shí)鐘頻率不高，同時(shí)受到若干指令運(yùn)算的限制，測(cè)頻速度較慢，無(wú)法滿足高精度、高速的測(cè)頻要求；而采用集成度高、速度快的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列CPLD能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高速的頻率測(cè)量。

方案三：直接頻率測(cè)量法。直接率測(cè)量的方法就是在確定的單位時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)。由于設(shè)置的單位時(shí)間通常不是被測(cè)頻率信號(hào)的周期的整數(shù)倍數(shù)，這種測(cè)量方法的脈沖計(jì)數(shù)也會(huì)產(chǎn)生最大為±1個(gè)脈沖誤差。當(dāng)我們進(jìn)一步分析測(cè)量誤差：設(shè)待測(cè)信號(hào)脈沖周期為,頻率為，當(dāng)測(cè)量時(shí)間為時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度為，由上面的推導(dǎo)可知直接頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度與被測(cè)信號(hào)的頻率有關(guān)：當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率越高則測(cè)量精度也就越高，反之頻率的測(cè)量精度也越低。因此直接頻率測(cè)量的方法一般只適合測(cè)量頻率較高的被測(cè)信號(hào)，不能滿足在整個(gè)頻率段內(nèi)測(cè)量精度保持不變的要求。2.1.2基于CPLD與51單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)原理

其測(cè)頻原理說(shuō)明圖如下圖所示：圖2.1等精度測(cè)頻測(cè)量原理波形圖圖2.2等精度測(cè)頻實(shí)現(xiàn)原理圖2.2數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，速度較慢，CPLD的速度快但是運(yùn)算能力有限，故本設(shè)計(jì)采用CPLD與單片機(jī)組合的測(cè)量方法，本設(shè)計(jì)主要包括CPLD測(cè)頻部分，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理以及LED顯示部分,整體機(jī)構(gòu)框圖如下圖。圖2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、模塊電路設(shè)計(jì)3.1電源部分電路

通過(guò)MINIUSB口輸入5V電壓一路直接給單片機(jī)的需要5V的電路供電。另外，在5V輸出端引出一路通過(guò)AMS1117降壓穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換，得到3.3V電壓輸出，供CPLD和液晶模塊使用。3.2按鍵檢測(cè)及蜂鳴器電路

這部分主要有兩塊：一個(gè)是按鍵模塊，另一個(gè)是蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊。通過(guò)按鍵的識(shí)別來(lái)處理頻率測(cè)量，占空比測(cè)量或者周期測(cè)量，蜂鳴器鳴響作為按鍵按下提示。圖3.2按鍵識(shí)別與蜂鳴器驅(qū)動(dòng)部分電路圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)

本電路是系統(tǒng)中央控制部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的識(shí)別，控制液晶顯示，以及控制和采集得到CPLD的數(shù)據(jù)。圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.4CPLD測(cè)頻模塊

CPLD部分主要是