基于CPLD与51单片机的数字频率计的设计(参考).ppt

基于CPLD与51单片机的数字频率计的设计;目录;一、背景;二、总体方案设计与分析; 方案三：直接频率测量法。直接率测量的方法就是在确定的单位时间内，检测被测信号的脉冲数。由于设置的单位时间通常不是被测频率信号的周期的整数倍数，这种测量方法的脉冲计数也会产生最大为±1个脉冲误差。当我们进一步分析测量误差：设待测信号脉冲周期为 ,频率为 ，当测量时间为 时，测量准确度为 ，由上面的推导可知直接频率测量的准确度与被测信号的频率有关：当被测信号的频率越高则测量精度也就越高，反之频率的测量精度也越低。因此直接频率测量的方法一般只适合测量频率较高的被测信号，不能满足在整个频率段内测量精度保持不变的要求。;2.1.2 基于CPLD与51单片机的数字频率计原理 其测频原理说明图如下图所示： ;2.2 数字频率计的系统设计 由于单片机的运算能力强，速度较慢，CPLD的速度快但是运算能力有限，故本设计采用CPLD与单片机组合的测量方法，本设计主要包括CPLD测频部分，单片机数据处理以及LED显示部分,整体机构框图如下图。 ;三、模块电路设计;3.2按键检测及蜂鸣器电路 这部分主要有两块：一个是按键模块，另一个是蜂鸣器驱动模块。通过按键的识别来处理频率测量，占空比测量或者周期测量，蜂鸣器鸣响作为按键按下提示。 ;3.3单片机最小系统 本电路是系统中央控制部分，实现对按键的识别，控制液晶显示，以及控制和采集得到CPLD的数据。 ;3.4 CPLD测频模块 CPLD部分主要是计数部分。在测量频率时计数器是对被测信号和标准信号进行计数，在测量占空比时计数完成分别在待测信号的高电平对标准信号计数和低电平对标准信号计数。 ;3.5 液晶显示模块 本设计中，液晶显示部分用的是能够显示汉字的价格便宜的Nokia5110液晶作为显示器。Nokia5110液晶显示器由48行X84列输出，所有的显示功能集成在一块芯片上，包括 LCD 电压及偏置电压发生器，并且只须很少外部元件，采用 CMOS 工艺，且功耗小。使用的是串行总线外部连线少。管脚与功能表如下表： ;四、软件设计;按键识别函数的编程思路是：本设计用到了5个按键，K1到K4四个按键分别标记执行4个过程函数，通过按键按下设置标识F=x(1.2.3.4)。按键K5为启动暂停按键，在周期测量，占空比测量和频率测量中实现开始测量和暂停读数的功能。程序流程图如下： ; 显示函数的编程思路为：在显示函数中判断标识F=x(1.2.3.4)执行相应的过程函数。K=1主界面显示，K=2频率测量及液晶显示，K=3周期测量及液晶显示，K=4占空比测量及显示，K=5启动与暂停。程序流程图如下： ;频率测量函数的编程思路是：单片机给CPLD一个频率测量信号，CPLD开始频率测量，检测等待知道测量完成，读取相应的信号。计算输出此时的频率。流程图如下： ;4.2 CPLD软件设计 CPLD模快实现的功能是： 当SPUL信号为高电平时系统允许完成频率测量，首先CLR一个正脉冲是内部的32位数据清零，再将CL置为高电平，此时斌没有开始计数，当被测信号出现上升沿时SPULP=1，计数器才开始对被测信信号和标准信号计数，等待一会再将CL置0，计数并未停止，知道待测信号的出现上升沿为止START=0;计数结束标志。 当SPUL信号为低电平时人、允许占空比测量，此时CL和CLR的功能发生了变化，当CL=1时测量信号高电平的脉宽，当CL=0时，测量信号低电平的脉宽，CLR变为1时系统初始化，由1变为0时启动计数，而允许计数的??件此后的第一个脉宽。状态信号EEND变为1是作为计数完成告诉单片机。 编程后的软件仿真图如下： ;5.1 设计实物图 ;5.2 功能介绍 首先通过USB接口接通电源，按下开关给系统供电，此时电源指示灯会亮，系统启动，液晶显示提示信息,按下相应的按键，实现对应的功能，当我们按下K2时进入频率测量当我们接入待测信号后按下K5开始测量，再按下K5测量暂停可以读数。效果如下图：;5.3 设计测试及误差分析 用信号发生器做信号源，用一个示波器测量信号频率，同时也用我们设计的等精度频率计测量信号发生器输出信号的频率,表2是该频率计在不同的输入信号频率下的测量数据。 ;总体电路图和PCB