【正文】 ..........................................................................................33 CPLD 模塊邏輯設(shè)計(jì) ...................................................................................3438 其它電路 ....................................................354 軟件設(shè)計(jì) .....................................................36 MAS+PLUSⅡ概述 ...............................................36 MAX+PLUSⅡ使用 VHDL 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的全過程 ......................36 電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 ..................................................................................36 “自頂向下 ”與“自底向上”的設(shè)計(jì)方法 .............................................37 VHDL 語言簡(jiǎn)介 ...........................................................................................39 頻率計(jì)的 VHDL 設(shè)計(jì) .................................................................................39 CPLD 模塊仿真 ...............................................41 下載驗(yàn)證 ....................................................41 單片機(jī)的匯編語言編程 ........................................42 單片機(jī)主程序 ...............................................................................................42 測(cè)頻子程序 ...................................................................................................43 顯示子程序 ...................................................................................................44 鍵盤掃描子程序 ...........................................................................................45 時(shí)間值輸入子程序 .......................................................................................46 延時(shí)子程序 ...................................................................................................465 誤差分析 .....................................................476 社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益分析 .......................................49結(jié)論 ............................................................50參考文獻(xiàn) ........................................................51附錄 ............................................................52附錄Ⅰ 單片機(jī)控制程序清單 .......................................52附錄Ⅱ 元器件清單 ...............................................63附錄Ⅲ 電路原理圖 ...............................................64附錄Ⅳ 程序流程圖 ...............................................651 緒論 頻率計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)電子計(jì)數(shù)器是一種基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。早期，設(shè)計(jì)師們追求的目標(biāo)主要是擴(kuò)展測(cè)量范圍，再加上提高測(cè)量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計(jì)算器的技術(shù)水平，決定電子計(jì)數(shù)器價(jià)格高低的主要依據(jù)。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻上限擴(kuò)展到微波頻段。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測(cè)量速率；除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，常常需要測(cè)量 頻率，通常這些都 是較復(fù)雜的信號(hào)，如含有復(fù)雜頻率成分、調(diào)制的或含有未知頻率分量的、頻率固定的或變化的、純凈的或疊加有干擾的等等。為了能正確地測(cè)量不同類型的信號(hào)，必須了解待測(cè)信號(hào)特性和各種頻率測(cè)量?jī)x器的性能。微波計(jì)數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。雖然所有的微波計(jì)數(shù)器都是用來完成計(jì)數(shù)任務(wù)的，但制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、使得不同型號(hào)的 計(jì)數(shù)器性能和價(jià)格會(huì)有所差別，因此需要根據(jù)其附加特性或價(jià)格來慎重選擇。 對(duì)靈敏度和準(zhǔn)確度的要求為了測(cè)量微波頻率， 頻率計(jì)必須在測(cè)量頻率點(diǎn)上有足夠的靈敏度，因?yàn)橛行﹥x器的實(shí)際性能比說明書給出的指標(biāo)要好些，這樣當(dāng)測(cè)量臨界信號(hào)時(shí)才可能有更多的靈活性。例如，微波計(jì)數(shù)器說明書給出在20gHZ時(shí)靈敏度為25dbm，那么完全可以成功地用來測(cè)量該頻率點(diǎn)上30dbm的信號(hào)。當(dāng)然，如果計(jì)數(shù)器的額定最高頻率為18gHZ，那么由于計(jì)數(shù)器電路不能工作在18gHZ以上，你甚至不能用它測(cè)量在20gHZ上0dbm的信號(hào)。因此，如果要做精確的測(cè)量，一定要保證被測(cè)信號(hào)的頻率和幅度在測(cè)量?jī)x器的指標(biāo)范圍之內(nèi)。說明書上的測(cè)試性能指標(biāo)給出了測(cè)量?jī)x器的“準(zhǔn)確度”和“分辨率”。準(zhǔn)確度指標(biāo)表明儀器的讀數(shù)接近實(shí)際信號(hào)頻率的程度；而分辨率指標(biāo)表明多么小的頻率變化可能在儀器上顯示出來。假如需要在15gHZ有1HZ的分辨率，儀器必須至少顯示11位數(shù)。高分辨率可以快速測(cè)出更小的漂移值和不穩(wěn)定值，但這時(shí)的讀數(shù)不能完全代表儀器的準(zhǔn)確度。 測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度的選擇儀器的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度取決于時(shí)基。大多數(shù)儀器使用的10mHZ參考振蕩器具有107或 108的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。高分辨率比高精度更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵黾语@示位數(shù)比制造更穩(wěn)定的振蕩參考源要容易的多。為了提高儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，可以購買一個(gè)具有小型恒溫槽的參考振蕩器作為時(shí)間基準(zhǔn)。好的恒溫槽溫度可以穩(wěn)定到零點(diǎn)幾度，這樣就可以保證在外部溫度變化時(shí)振蕩器的頻率變化相當(dāng)小。當(dāng)然，儀器的固有準(zhǔn)確度取決于制造的精度以及校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)時(shí)基振蕩器的校正；準(zhǔn)確度主要取決于晶振的熱穩(wěn)定性，而與老化關(guān)系不大。通過使用銫束頻率標(biāo)準(zhǔn)或gps信號(hào)作為一個(gè)參考頻率源送入整個(gè)系統(tǒng)的所有儀器，可最大限度地提高頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，這樣在測(cè)量?jī)x器中就不需要有精確的時(shí)基而可以達(dá)到1012到1014的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，也就是說，可以達(dá)到比儀器最高分辨率高得多的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度?？赡苡绊懹?jì)數(shù)器選擇和應(yīng)用的還有另外幾個(gè)值得考慮的特性，如：采樣時(shí)間、測(cè)量速度和跟蹤速度，這些特性可能影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確及對(duì)結(jié)果的及時(shí)處理。 微波計(jì)數(shù)器的使用如果要測(cè)量的信號(hào)中有噪聲、 諧波或寄生分量， 盡量不要使用微波計(jì)數(shù)器。在選擇測(cè)量?jī)x器之前必須了解待測(cè)信號(hào)的所有特性， 附非肯定待測(cè)信號(hào)是純凈（無噪聲干擾）、平穩(wěn)、單一頻率成分，否則應(yīng)該在制訂測(cè)試方案前用頻譜分析儀先觀測(cè)待測(cè)信號(hào)中的干擾信號(hào)及噪聲電平，然后看計(jì)數(shù)器的性能是否能允許這些干擾并仍能成功地完成頻率的測(cè)量。例如：當(dāng)前出現(xiàn)的干擾信號(hào)比被測(cè)信號(hào)至少大6db時(shí)，計(jì)數(shù)器測(cè)得的是這個(gè)干擾信號(hào)，這就導(dǎo)致了錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。一般來說，對(duì)干擾信號(hào)和噪聲可以使用計(jì)數(shù)器的附件來抑制。如果被測(cè)頻率變化小于百分之幾，可以考慮在計(jì)數(shù)器輸入端安裝一個(gè)濾波器，以抑制不需要的信號(hào)（圖1）。如果需要測(cè)量的幾個(gè)信號(hào)的頻率值相差很大，可以使用可調(diào)帶通濾波器或高通、低通濾波器依次測(cè)量每一個(gè)信號(hào)的頻率。這樣可以避免一直占用頻譜分析儀，因?yàn)轭l譜儀的價(jià)格可能是那些附件價(jià)格的10～20 倍。 如果知道待測(cè)信號(hào)的大概頻率（a），就可以用濾波器抑制已知的干擾信號(hào)(b)，而在計(jì)數(shù)器量程之外的其他信號(hào)（c）或低電平信號(hào)(d)不會(huì)對(duì)待測(cè)信號(hào)的頻率測(cè)量產(chǎn)生干擾。圖11在某些特殊的測(cè)試場(chǎng)合，可能需要其它附件，比如用一個(gè)射頻放大器來放大低電平的信號(hào)，或通過一個(gè)外接的混頻器來測(cè)量超出計(jì)數(shù)器測(cè)量范圍的頻率，當(dāng)然，有些計(jì)數(shù)器能夠直接測(cè)量100gHZ以上的頻率。在機(jī)動(dòng)車的防撞雷達(dá)和低功率通訊中繼站就需要這種性能的頻率計(jì)來測(cè)量。還有些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量信號(hào)電平、周期、脈寬和脈沖頻率，選擇這樣的計(jì)數(shù)器可以使測(cè)試方案中使用的測(cè)試儀器更少。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微波頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示；對(duì)這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測(cè)試需要正確地選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。 技術(shù)背景及發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今，單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，由單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的計(jì)數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才。單片機(jī)以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和開發(fā)機(jī)電一體化和智能化測(cè)控產(chǎn)品的重要手段。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。而對(duì)于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測(cè)量速率；除通常計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)廠家來說，還有許多工作要做，而不是表面看來似乎發(fā)展到頭了。 EDA技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用21世紀(jì)人類將全面進(jìn)入信息化社會(huì)對(duì)微電子信息技術(shù)和微電子VLSI基礎(chǔ)技術(shù)將不斷提出更高的發(fā)展要求，微電子技術(shù)仍將繼續(xù)是21世紀(jì)若干年代中最為重要的和最有活力的高科技領(lǐng)域之一。而集成電路(IC)技術(shù)在微電子領(lǐng)域占有重要的地位。伴隨IC技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation EDA)已經(jīng)逐漸成為重要設(shè)計(jì)手段，其廣泛用于模擬與數(shù)字電路系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。20世紀(jì)末，數(shù)字電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，有力地推動(dòng)和促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化的提高，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類生活的各個(gè)方面。從計(jì)算機(jī)到手機(jī)，從數(shù)字電話到數(shù)字電視，從家用電器到軍用設(shè)備，從工業(yè)自動(dòng)化到航天技術(shù)，都盡可能采用了數(shù)字電子技術(shù)。微電子技術(shù)，即大規(guī)模集成電路加工技術(shù)的進(jìn)步是現(xiàn)在數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，在硅片單位面積上集成的晶體管數(shù)量越來越多，1978年推出的8086微處理器芯片集成的晶體管數(shù)是4萬只，到2022年推出的Pentium4微處理器芯片的集成度達(dá)4200萬只晶體管。原來需要成千上萬只電子元器件組成的一臺(tái)計(jì)算機(jī)主扳或彩色電視機(jī)電路，而現(xiàn)在僅用幾片超大規(guī)模集成電路就可以代替，現(xiàn)代集成電路已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片電子系統(tǒng)SOC(System On a Chip)的功能?，F(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)。EDA技術(shù)就是依靠功能強(qiáng)大的電子計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語言HDL(Hardware Description Language)為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編輯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、和仿真直至下載到可編程邏輯器件CPLD/FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片中實(shí)現(xiàn)既定的電子電路設(shè)計(jì)功能。EDA技術(shù)使得電子電路設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用硬件描述語言和