【正文】 ins t 4漳州師范學院畢業(yè)論文 8 脈寬 、占空比 測試 模塊 脈寬測量 原理 測量電路在檢測到脈沖信號的上升沿時打開計數(shù)器，在下降沿時關閉計數(shù)器，設 脈沖寬度為 Twx，計算公式為 [8] sxwx fN?T ………… (10) 占空比測量 原理 測一次脈沖信號的脈寬，記錄其值為 Twx1，然后將信號反相，再測一次脈寬并記錄其值為 Twx2，通過下式計算占空比 [8]： … ……… (11) 實現(xiàn)方法 脈寬測量原理圖如圖 6 所示 ，編譯生成 為圖 4中的 MAIKUANG 模塊。 漳州師范學院畢業(yè)論文 7 仿真 周期 /頻率測試仿真圖如圖 5 所示。 (2) 將預置門控信號 START 端置高電平，預置門開始定時，此時由被測信號的上升沿打開計數(shù)器 CNT1 和 CNT2，兩計數(shù)器開始工作。 若所測頻率值為 fx，標準頻率為 fs，計數(shù)器 1 測得的被 測信號的 脈沖數(shù)值為 Nx,計數(shù)器 2測得的 標準信號的 脈沖值為 Ns， 則 它們之間存在如下的關 系 [8]： ssxx NfNf ? ………… (1) 下面由 (1)可推得 sxsx NNf ??f ………… (2) 等精度數(shù)字頻率計誤差的證明 ： 若所測頻率值為 fx，其真實值為 fxe，標準頻率為 fs，一次測量中，由于 fx 計數(shù)的起停時間都是由該信號的上升沿觸發(fā)的，因此在 Tpr 時間內(nèi)對 fx 的計數(shù) Nx 無誤差，在此時間內(nèi)的計數(shù) Ns 最多相差一個脈沖，即Δ et≤ 1，則下式成立： 圖 3 測頻原理時序圖 漳州師范學院畢業(yè)論文 6 etNfNfssxxe ??? ………… (3) 可推得 etΔN Nff s xsxe ??? ………… (4) 根據(jù)相對誤差的公式 (2)(4)推得 xe xxexexe fffff ??? ………… (5) 經(jīng)整理可得到 sxexe Netff ??? ………… (6) 因Δ et≤ 1，故Δ et/Ns≤ 1/Ns，即 Nsffxexe 1?? ………… (7) spr fTNs ?? ………… (8) 結論：誤差在頻率范圍內(nèi)恒定，取決于標準頻率，標準頻率越大，誤差越小，所以又稱等精度測試。其測頻 波形圖 如圖 3所示 [7]。 此方法的優(yōu)勢是，不用再進行多個頻段的轉換，如果標準頻率高，測量的精度也是會相應提高。 表 1 EP2C5T144C8的資源列表 [6] 邏輯單元 （ LE） M4K RAM塊 RAM數(shù)量 嵌入式 18*18 乘法器 鎖相環(huán)（ PLL） 最大可用 I/O口 4608 26 119808 13 2 142 ? Am29LV160D： 16兆位的閃存 FLASH，另外， FLASH與 SRAM共用數(shù)據(jù)總線和地址總線。 7. PLL 模塊用于產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘 、標準信號 和 SRAM 的時鐘。 3. lcd_delay 模塊用于產(chǎn)生滿足 LCD 的時序。 漳州師范學院畢業(yè)論文 3 系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)總體原理圖如圖 2 所示。 方案 四 在 FPGA 中 嵌入 NiosⅡ系統(tǒng) ，用戶可以根據(jù)設計要求對 NIOSⅡ及其外圍設備進行構建， 實現(xiàn)單芯片片上系統(tǒng)（ SOPC）。 方案二中使用到得 ARM 技術性能較好，但是相對于 FPGA 來說其處理速度還是稍遜一籌的， 另外在靈活性上不如 FPGA。 在 EDA 工具軟件平臺上以硬件描述語言 VHDL 為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合經(jīng)及邏輯優(yōu)化與仿真，直到實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 其中單片機完成整個測量電路的測試控制、數(shù)據(jù)處 理和顯示輸出； FPGA 完成各種測試功能 [5]。 3 對于脈寬測試功能，測試范圍為 μ s～ 1 s，測試精度為 μ s。無論是外設、存儲 器接口、性能特性，還是成本，這些優(yōu)勢的體現(xiàn)都借助于再 Altera的 FPGA上創(chuàng)建一個定制的片上系統(tǒng)，或者更精確地說，創(chuàng)建一個可編程單芯片系統(tǒng) [3]。 采用等精度頻率測量方法具有測量精度保持恒定 ， 不隨所測信號的變化而變化 ； 結合現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA ( Field Programmable Gate Array)， 具有集成度高、高速和高可靠性的特點 。 工程中很多測量 ， 如用振弦式方法測量力、時間測量、速度測量、速度控制等 ， 都涉及到頻率測量 ， 或可歸結為頻率測量 。 Key Word: equal precision frequency meter。 設 計中，以 Alteta FPGA系列 CycloneⅡ EP2C5T144C8 器件為 核心； 運用 VHDL 語言設計 功能 模塊 ；運 用 SOPC 設計技術 來 配置 NiosII 系統(tǒng)， 進行 信號的控制、 數(shù)據(jù) 讀取、 運算處理 、液晶的顯示。并在此基礎上 增加了測量 周期、 脈沖寬度 、占空比 的功能 。 adopts the SOPC technique to configuration NiosII system. the NiosⅡ system is used for signal controlling, data processing , calculation, and display。 漳州師范學院畢業(yè)論文 II 目錄 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract........................................................................................................................................ I 1 引言 ........................................................................................................................................ 1 2 系統(tǒng)設計 ................................................................................................................................ 1 設計要求 ...................................................................................................................... 1 方案論證與比較 .......................................................................................................... 2 設計思路 ..................................................................................................................... 2 系統(tǒng)的總體設計 ......................................................................................................... 3 3 模塊電路的設計 .................................................................................................................... 4 CycloneⅡ SOPC Board 簡介 ................................................................................... 4 頻率、周期測試模塊 ................................................................................................. 5 等精度測頻法原理 .......................................................................................... 5 等精度測周期法原理 ...................................................................................... 6 實現(xiàn)方法 .......................................................................................................... 6 仿真 .................................................................................................................. 7 脈寬、占空比測試模塊 ............................................................................................. 8 脈寬測量原理 .................................................................................................. 8 占空比測量原理 .............................................................................................. 8 實現(xiàn)方法 .......................................................................................................... 8 仿真 .................................................................................................................. 8 液晶顯示 ..................................................................................................................... 9 LCM128645ZK 液晶概述 ................................................................................... 9 液晶的控制 ...................................................................................................... 9 4 NIOSⅡ 系統(tǒng)的設計 .............................................................................................................. 11 NIOSⅡ系統(tǒng)的分析 ................................................................................................... 11 基于 NIOSⅡ IDE 的軟件設計 .....................................................