【正文】 TSQ : STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0)。 由低電平變到高電平時(shí)指示脈寬計(jì)數(shù)結(jié)束 SEL:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)。 清零和初始化信號(hào) CL:IN STD_LOGIC。 USE 。 頻率計(jì) CPLD部分的 VHDL 程序 根據(jù)圖 的主邏輯結(jié)構(gòu)圖和 圖 的測(cè)控時(shí)序，以及測(cè)頻原理，可以寫出相應(yīng)的VHDL 功能描述。然后由單片機(jī)發(fā)出允許測(cè)頻命令，即令預(yù)置門控信號(hào) CL為高電平，這時(shí) D觸發(fā)器要一直等到被測(cè)信號(hào)的上升沿通過時(shí) Q 端才被置 1（即令 START 為高電平），與此同時(shí)，將同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 BZH 和TF，進(jìn)入計(jì)數(shù)允許周期。 BZH 和 TF模塊是兩個(gè)可控的 32 位高速計(jì)數(shù)器， BENA 和 ENA 分別是他們的允許信號(hào)端，高電平有效。當(dāng)測(cè)頻率時(shí)，有顯示指示，為了保證頻率計(jì)有足夠的顯示時(shí)間，并且在打開門控信號(hào) 之前，要先清零，以使測(cè)量數(shù)字計(jì)數(shù)器每次從零開始計(jì)數(shù)。 ZLG7289 是一片具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8位共陰式數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)芯片，同時(shí)還可連接多達(dá) 64 鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成 LED 顯示的全部功能。 圖 等精度數(shù)字頻率計(jì)電路系統(tǒng)原理框圖 標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)源 本設(shè)計(jì)采 用 50MHZ 的晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率方波信號(hào) (頻標(biāo) )供數(shù)字測(cè) 量 電路使用。系統(tǒng)的 P1 口設(shè)置 5 個(gè)功能鍵：占空比、脈寬、周期、頻率、自檢，進(jìn)行各測(cè)試功能的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)控制電路如圖 所示，其中單片機(jī)完成整個(gè)測(cè)量電路的測(cè)試控制、數(shù)據(jù)處理和顯示輸出； CPLD 完成各種測(cè)試功能；鍵盤信號(hào)由 89C51 單片機(jī)進(jìn)行處理，它從 CPLD 讀回計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算，然后向顯示電路輸出測(cè)量結(jié)果。 根據(jù)以上條件，查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn) 8位單片機(jī) AT89C51 的指標(biāo)已經(jīng)能夠滿足要求。 為了防止輸入信號(hào)過大而損壞后面的元器件，在輸入端加上由一個(gè) 470? 電阻和兩個(gè)二極管組成的限幅保護(hù)電路。 因?yàn)槟M通道部分所用的器件都是帶寬高速器件，為了防 止寄生振蕩，在每個(gè)器件的電源引腳附近到地之間均需要加上去耦電容，每組去耦電容由兩種電容并聯(lián)起來，以取得良好的寬頻帶寬去耦效果。 放大級(jí)的設(shè)計(jì)主要考慮增益和帶寬的指標(biāo)。 7905 空載時(shí)測(cè)量輸出在 6V 左右．加上負(fù)載，輸出正常。 (6) 數(shù)碼顯示模塊。 (4) 50MHz 的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)源。 (2) 測(cè)頻電路。 測(cè)量電路在檢測(cè)到脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)打開計(jì)數(shù)器，在下降沿是關(guān)閉計(jì)數(shù)器，設(shè)脈沖寬度為 Twx，計(jì)算公式為： Twx=Nx/fs。設(shè) Fx為整形后的被測(cè)信號(hào)， Fs為基準(zhǔn)頻率信號(hào)，若在一次預(yù)置門高電平脈寬時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值為 NX,基準(zhǔn)頻率計(jì)數(shù)值 NS，則有： Fx=(Fs／ NS)NX 周期測(cè)量模塊的方法 周期測(cè)量與 頻率 測(cè)量完全相同，只是在進(jìn)行計(jì)算時(shí)公式不同，用周期 T 代換 等 精度頻率測(cè)量公式中的頻率因數(shù)即可 。 (b) 多周期同步等精度測(cè)量法時(shí)序圖 實(shí)驗(yàn)方案的確定 測(cè)量方法的確定 經(jīng)過 節(jié)對(duì)頻率測(cè)量和周期測(cè)量方法的分析，得知 直接測(cè)量法不可能滿足該任務(wù)所要求的測(cè)量精度，只要采用 多周期同步等精度測(cè)量法 就 可以 直接讀出被測(cè)信號(hào)的周期值或者頻率值，在中界頻率附近能達(dá)到較高的測(cè)量精度。 1計(jì)數(shù)誤差 CT /T ，而且與被測(cè)量信號(hào)的頻率無關(guān)，即在整個(gè)測(cè)量頻 7 段上是等精度的。 考慮計(jì)數(shù)值 BN 的177。計(jì)數(shù)器 BN 雖然有量化誤差，但由于 Cf 很高 ， BN 遠(yuǎn)大于 1，所以 BN 的177。 A、 B兩個(gè)計(jì)數(shù)器在同一閘門時(shí)間 T 內(nèi)分別對(duì) xf 和 cf 進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器 A的計(jì)數(shù)值 AxN fT? ，計(jì)數(shù)器 B 的計(jì)數(shù)值為 BCN f T? 。 多周期同步等精度測(cè)量法的原理是：電路需引入一個(gè)比被測(cè)信號(hào)頻率高若干倍的內(nèi)部時(shí)基信號(hào)，測(cè)量結(jié)果的誤差范圍便在這一個(gè)時(shí)基信號(hào)范圍內(nèi)。 在倍率 k和時(shí)標(biāo) T0 固定時(shí)，與測(cè)頻率相反，測(cè)量周期的誤差隨被測(cè) 信號(hào)的頻率升高而增大，此外由于有限的信噪比，使觸發(fā)誤差成為影響測(cè)量周期準(zhǔn)確度的主要因素。對(duì)式 (23)進(jìn)行誤差的積累和合成運(yùn)算，可以得到測(cè)周期誤差的計(jì)算公式如下： / 2 00000 0 .3 2( 1 0 )RTx N x T N x T F c TTx N T k Tx F c TxT F x F ck F c k??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? (24) 上式右邊第一項(xiàng)為量化誤差的相對(duì)值，其中計(jì) 數(shù)誤差Δ XN =177。與測(cè)頻原理框圖相比，其中門控雙穩(wěn)改由輸入信號(hào)放大、整形和分頻后的脈沖控制，所以閘門時(shí)間的寬度就等于 k 倍被測(cè)信號(hào)的周期kTx ；而主門的另一個(gè)輸入端，送入由晶體 震蕩器和分頻器產(chǎn)生的周期為 T0 的時(shí)標(biāo)脈沖信號(hào)。但是隨著177。 1；第二項(xiàng)為閘門時(shí)間的相對(duì)誤差，數(shù)值上等于晶體振蕩器基準(zhǔn)頻率的相對(duì)不確定度 CCf f? 。 （ a） 直接測(cè)頻法原理框圖 （ b） 直接測(cè)頻法時(shí)序圖 圖 （ a）直接測(cè)頻法原理框圖； （ b）直接測(cè)頻法 時(shí)序圖 時(shí)基脈沖 被測(cè)信號(hào) 實(shí)際檢出信號(hào) Ts 5 由式 (21)可知，當(dāng)閘門時(shí)間 T為 1S 時(shí)， N值即為被測(cè)量信號(hào)的頻率。因?yàn)殚T控雙穩(wěn)是受時(shí)基（標(biāo)準(zhǔn)頻率）信號(hào)控制的，所以 Ts 即準(zhǔn)確又穩(wěn)定。 3 第二章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 頻率測(cè)量的方法的研究 數(shù)字化 直接測(cè) 量頻率的原 理 無論頻率、周期還是時(shí)間間隔的數(shù)字化測(cè)量，均是基于主門 （閘門） 加計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的，圖 (a)示出了這種計(jì)數(shù)式 直接測(cè)頻 的原理框圖。 數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其 2 它周期性變化的信號(hào)。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為 1 秒。針對(duì)普通頻率計(jì)存在讀數(shù)難、測(cè)量精度不高等問題 , 目前采用單片機(jī)控制的數(shù)字頻率計(jì) , 用于測(cè)量方波、正弦波或其它脈沖信號(hào)的頻率 , 并用數(shù)字顯示 , 具有精度高、測(cè)量迅速、讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn) , 已經(jīng)在電子測(cè)量領(lǐng)域里得到了廣泛應(yīng)用。測(cè)量的數(shù)字化、智能化是當(dāng)前測(cè)量技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。利用計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，已成為目前頻率測(cè)量的重要方法。 signal chip puter。系統(tǒng)包括穩(wěn)壓電源電路、信號(hào)放大整形電路、測(cè)頻電路、單片機(jī)電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)源、鍵盤模塊、數(shù)碼顯示模塊等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于單片機(jī)的智能 電子計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 學(xué) 校 ： 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：二 0 一 一 年 3 月 日～ 5 月 日 共 周 I 摘 要 數(shù)字頻率計(jì)是電子測(cè)量領(lǐng)域中最常見的測(cè)量?jī)x器之一。本文在討論頻率測(cè)量的常用方法與原理的基礎(chǔ)上，闡述了等精度測(cè)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 ： 頻率計(jì) 單片機(jī) CPLD 等精度 III Abstract Digital cymometer is one of the most mon instruments of electronic measurement. It can measure time parameters such as the square wave and the sine wave frequency, cycle and pulse width, and so on. The design is the digital cymometer based on the signal chip puter control. Based on the discussion of the monly used method of measuring frequency and on the basis of principle, it describes the design of frequency measurement system with the same accuracy including the power supply system circuit, signal amplification plastic circuit, measuring frequency circuits, MCU circuit module, the standard frequency signal source, keyboard module, the digital display module, and so on. It takes the method of bination of hardware and software: frequency, period, pulse width and roomoccupying ratio of calculation pleted by the MCU 89C51, the external circuit part of its digital circuits used with the CPLD, input channels from analog circuits to achieve, and use of VHDL design Description. The system bines the control flexibility of 89C51 with programmable performance of CPLD, so not only can it shorten the period of the development and research but also has the advantages of pact structure little volume, high reliability, wide scope and high precision. Key Words: cymometer。 在電子測(cè)量中，頻率的測(cè)量精確度是非常高的。頻率測(cè)量在科技 研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。 隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，用單片機(jī)通過軟件設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄈ〈@部分電路不僅能彌補(bǔ)上述不足，而且性能也將大有提高。 數(shù)字 頻率計(jì)的基本原理 頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。 基本指標(biāo) (1) 頻率： 10Hz～ 30MHz (2) 閘門時(shí)間為 秒、 1秒 （ 3）實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率、周期和時(shí)間間隔的測(cè)量功能 發(fā)揮部分 (1) 信號(hào)：方波、正弦波 (2) 幅度： ～ (3) 周期脈沖寬度幅度（ ～ 5V、頻率 1Hz～ 1KHz）的占空比，占空比變化范圍為 10%～ 90%，測(cè)試誤差≤ 1%。主門 （閘門） 的另一個(gè)輸入端送來的是來自門控雙穩(wěn)的閘門時(shí)間信號(hào) Ts。設(shè)計(jì)數(shù)器的值為 N，由頻率定義式可以計(jì)算得到被測(cè)信號(hào)頻率為 xf =N/Ts (21) 其原理框圖和時(shí)序圖如圖 所示。若再考慮由晶體振蕩器引起的閘門時(shí)間誤差，對(duì)式 (21)進(jìn)行誤差的累積與合成運(yùn)算后，可以得到直接測(cè)量測(cè)頻率誤差的計(jì)算公式如下： 1()CCC X CffNTf N T T f f????? ? ? ? ?? （ 22） 上式右邊第一項(xiàng)為量化誤差的相對(duì)值，其中 N? =177。 1誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響減小，測(cè)量準(zhǔn)確度越高。圖 (a)為計(jì)數(shù)式直接測(cè)周期的原理框圖。 1量化誤差；此外由于晶振的不確定度，時(shí)標(biāo)的周期 T0 也存在誤差；最后，由于被測(cè)輸入信號(hào)噪聲的影響，使經(jīng) B通道放大整形后的脈沖周期 Tx 中還引入了一種觸發(fā)誤差。要降低觸發(fā)誤差就必須增大信噪比 R，并采用多周期測(cè)量，還被測(cè)閘 門信號(hào) 高頻基準(zhǔn)信號(hào) 實(shí)際檢出已知信號(hào) Tx 6 可以在整形電路中采用具有滯回特性電路來減小噪聲的影響。由此，當(dāng)引入多周期同步等精度測(cè)量法時(shí)，可以較好的解決這個(gè)問題。圖 中 xf 為輸入信號(hào)頻率， cf 為時(shí)鐘脈沖的頻率。 1 量化誤差。該測(cè)試方法需要的除法功能運(yùn)算，對(duì)于使用微處理器的儀器來說，是不難實(shí)現(xiàn)的。 1量化誤差，只有 BN 計(jì)數(shù)器在同步門 T 周期的177。 （a）多周期同步等精度測(cè)量法原理框 9