毕业设计 基于51单片机和CPLD的等精度频率计.doc

基于51单片机和CPLD的等精度频率计 目录 摘 要 1 1前言 2 2 等精度频率测量原理分析 3 2.1 等精度频率测量原理 3 2.2 等精度频率测量的误差分析 4 3 系统方案 5 3.1 方案提出及比较 5 3.2系统整体方案 6 3.3单片机与CPLD连接方案 7 3.4 单片机定时及数据处理方案 8 3.5 CPLD计数方案 9 4 方案实现 9 4.1 CPLD设计 9 4.2单片机设计 12 4.3关键源代码分析 13 5 仿真及测试 14 5.1仿真分析 14 5.2 测试结果与分析 15 6 致谢 16 参考文献 17 基于51单片机和CPLD的等精度数字频率计 摘 要：在现代信号分析和处理领域中，可编程逻辑器件FREQENCY METER FOR EQUAL PRECISI BASFD ON CPLD AND MCU ******** (*********, ***********, China) Abstract: Frequency measurement is electronic measurement technology. In modern signal analysis and processing areas, high-precision measurement of frequency is very important. In this paper, we detail the design process on the same digital frequency accuracy, and also briefly introduce CPLD and microcontroller-related knowledge. In the design, we use mini51 board as a development platform, using the programmable logic device ATF1504 to design the hardware circuit. Key words: accuracy, CPLD, microcontroller, timer 基于单片机和CPLD的等精度数字频率计 1前言 由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，频率计拥有非常广泛的应用范围。在传统的生产制造企业中，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，频率精确度以上两种方法的优点，可兼顾低频与高频信号，两种方法 测量仿真波形图如图2所示。测量开始，t0时刻单片机发出一个清零信号CLR，使2个32 b的计数器和D触发器置0，t1时刻单片机再发出测量启动信号Gate，即使图中D触发器输入置数D为高电平，这时D触发器要一直等到被测信号的上升沿t2时刻，Q端才被置1，使计数器1和计数器2的EN同时为1，将启动计数器计数，系统进入计数允许周期。这时，计数器1和2分别对被测信号和基准频率信号同时计数。当一段时间过后，t3时刻单片机发出停止信号，即D触发器置数D为低电平，但此时2个32 b的计数器仍然没有停止计数，一直等到随后而至的被测信号的上升沿t4时刻到来时，才通过D触发器将这2个计算器同时关闭。 图2 测量仿真波形图 由图所示的测频时序图可见，Gate的宽度Tc和发生的时间都不会影响计数使能信号，允许计数的周期总是恰好等于待测信号fx的完整周期nTx，这正是确保fx在任何频率条件下都能保持恒定测量精度的关键。因为，此时Gate的宽度Tc改变以及随机的出现时间造成的误差dt最多只有基准时钟fb信号的一个时钟周期，由于fb的信号是由高稳定度的（例如100 MHz）晶体振荡器发出的，所以任何时刻的绝对测量误差只有1/（10的8次方）s，这也是系统产生主要的误差。 2.2 等精度频率测量的误差分析 设基准时钟信号频率为，待测信号频率的测量值为，，，Tpr 时间内对待测信号的计数值无误差；在此时间内基准时钟信号的计数值与实际值最多相差一个脉冲，|△et |≤1， 所以有： 根据相对误差公式有： 代入整理得： （1） 由上式（1）可以得出以下结论： 等精度测频方法测量精度与预置门宽度和基准频率有关，与被测信号的频率无关(6(；增大预置门宽度Tpr或提高基准信号频率fs