2015全国大学生电子设计竞赛设计报告_数字频率计(f题).pdf

2015 年全国大学生电子设计竞赛 设计报告 数字频率计 （F 题） 2015 年8 月15 日 摘 要 该装置用于测量时间参数，主要由前级信号放大电路，FPGA 信 号处理电路，STM32 控制电路，12864 液晶显示模块等组成。前端的 信号经过放大、比较后，由FPGA 进行处理与测量，并将数据发送给 STM32 单片机，最后单片机控制液晶12864 将结果显示。设计中使 用FPGA ALTERA II EP2C8F256C8 进行测量，采用50MHZ 高精度温 补晶振作为时间量度，使用等精度测量的方法，大大提高测了量的精 度 关键词: 频率计 等精度测量 FPGA STM32 Abstract The design device is used to measure time, mainly by the front stage signal amplifier circuit, FPGA signal processing circuit, STM32 control circuit, 12864 LCD module and so on. The front end of the signal after amplification, comparison, and then sent to the FPGA for processing and measurement and the data sent to the STM32 microcontroller, and finally the results show that the microcontroller LCD 12864. Design using FPGA of Altera II EP2C8F256C8 were measured, the 50MHz high precision temperature compensated crystal oscillator as a measure of time, the use of precision measuring method, greatly improving measurement accuracy Key words: Frequency meter Equally accurate measurement STM32 FPGA 目录 1 系统方案 1 1.1 方案比较与选择 1 1.1.1 前级信号放大和处理 1 1.1.2 后级信号测量 1 1.2 总体方案简述2 2 理论分析与计算2 2.1 宽带通道放大器分析2 2.2 测量原理分析2 2.3 通信方式及显示方案的选择4 3 系统电路设计4 3.1 模块电路4 3.1.1 前级信号处理电路的设计4 3.1.2 FPGA 外围电路5 4 系统程序设计5 5 测试方案与测试结果分析5 5.1 测试方案5 5.1.1 测试方案及测试条件5 5.1.2 测试结果6 5.2 测试结果分析7 1 系统方案 1.1 方案比较与选择 1.1.1 前级信号放大和处理 方案一：待信号经过前级放大器放大后，进入施密特触发器完成整形。 前级放大采用宽带、超低噪声的电压反馈运放OPA847 搭建的同相放大电路(如 下图所示) ，增益约为36 dB 。放大后的信号送入施密特反向触发器 （门限电压约 1.8V）整形，得到方波。该方案优点是输出信号上升沿陡峭，便于后级处理，缺 点是前级放大电路放大能力有限，尤其是在高频情况或者输入信号较小的情况 下，施密特触发器无法触发。 方案二： 使用高速比较器LT1715 进行放大整形。 比较器是一种特殊的运算放大器，理论上，比较器的增益为无穷大。 ADCMP600 是一款超高速双路比较器，外部电路简单，稳定性高，采用毫伏级 的迟滞比较电路，可以大大简化前级电路。 我们最终选择方案二。方案二