【正文】 論證與選擇 .........................................................................................153 單元模塊設(shè)計 .................................................16 系統(tǒng)組成 ....................................................16 鍵控制模塊 ..................................................17 串行輸出移位寄存器（74LS165） ..............................................................17 鍵盤電路 .....................................................................................................18 顯示模塊 ....................................................19 顯示電路設(shè)計 .............................................................................................19 74LS164(串入并出移位寄存器) ................................................................21 電源模塊 ....................................................21 輸入信號整形模塊 ............................................22 信號整形電路 .............................................................................................22 施密特觸發(fā)器 .............................................................................................23 單片機主控模塊 ..............................................24 AT89C51 單片機性能 ................................................................................24 單片機控制電路 .........................................................................................31 測頻模塊的工作原理及設(shè)計 ....................................32 CPLD 的結(jié)構(gòu)與功能介 紹 ..........................................................................32 CPLD 引腳分布 ..........................................................................................33 CPLD 模塊邏輯設(shè)計 ..................................................................................3438 其它電路 ....................................................354 軟件設(shè)計 .....................................................36 MAS+PLUSⅡ概述 ...............................................36 MAX+PLUSⅡ使用 VHDL 實現(xiàn)系統(tǒng)功能的全過程 ......................36 電子系統(tǒng)的設(shè)計方法 .................................................................................36 “自頂 向下” 與“自底向上”的設(shè)計方法 ......................................................37 VHDL 語言簡介 .........................................................................................39 頻率計的 VHDL 設(shè)計 ................................................................................39 CPLD 模塊仿真 ...............................................41 下載驗證 ....................................................41 單片機的匯編語言編程 ........................................42 單片機主程序 .............................................................................................42 測頻子程序 .................................................................................................43 顯示子程序 .................................................................................................44 鍵盤掃描子程序 .........................................................................................45 時間值輸入子程序 .....................................................................................46 延時子程序 .................................................................................................465 誤差分析 .....................................................476 社會效益及經(jīng)濟效益分析 .......................................49結(jié)論 ............................................................50參考文獻 ........................................................51附錄 ............................................................52附錄Ⅰ 單片機控制程序清單 .......................................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 ...............................................65 基于 CPLD 和單片機的頻率測量計的設(shè)計01 緒論 頻率計基礎(chǔ)知識電子計數(shù)器是一種基礎(chǔ)測量儀器，到目前為止已有30多年的發(fā)展史。在測試通訊、微波器件或產(chǎn)品時，常常需要測量 頻率，通常這些都 是較復(fù)雜的信號，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。說明書上的測試性能指標(biāo)給出了測量儀器的“準(zhǔn)確度”和“分辨率”。好的恒溫槽溫度可以穩(wěn)定到零點幾度，這樣就可以保證在外部溫度變化時振蕩器的頻率變化相當(dāng)小。如果被測頻率變化小于百分之幾，可以考慮在計數(shù)器輸入端安裝一個濾波器，以抑制不需要的信號（圖1）。一些計數(shù)器可以測量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示；對這些功能具有不同功能不同規(guī)格的眾多儀器，我們應(yīng)該視測試需要正確地選擇，以達到最經(jīng)濟和最佳的應(yīng)用效果。這些要求有的已經(jīng)實現(xiàn)或者部分實現(xiàn)，但要真正完美的實現(xiàn)這些目標(biāo)，對于生產(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。原來需要成千上萬只電子元器件組成的一臺計算機主扳或彩色電視機電路，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。CAE（Computer Aided Engineering）是在CAD的工具逐步完善的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的尤其是人們在設(shè)計方法學(xué)和設(shè)計工具集成化方面取得了長足的進步可以利用計算機作為單點設(shè)計工具并建立各種設(shè)計單元庫開始用計算機將許多單點工具集成在一起使用大大提高了工作效率。這些外圍電路及外設(shè)接口已經(jīng)突破了微型計算機（Microputer）傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，所以更為確切反映單片機本質(zhì)的名稱應(yīng)是微控制器。由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計都在不斷地進步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴大，功能不斷地增加。（2） 標(biāo)準(zhǔn)頻率為40MHZ.頻率測量在科技研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。實現(xiàn)一個寬頻域，高精度的頻率計，一種有效的方法是：在高頻段直接采用頻率法，低頻段采用測周法。由于CPLD具有連續(xù)連接結(jié)構(gòu)，易于預(yù)測延時，使電路仿真會更加準(zhǔn)確，且編程方便，速度快，集成度高，價格低，從而系統(tǒng)研制周期大大縮短，產(chǎn)品性能價格比提高?；贓DA技術(shù)的設(shè)計方法為“自頂向下”設(shè)計，其步驟是采用可完全獨立于目標(biāo)器件芯片物理結(jié)構(gòu)的超高速硬件描述語言，在系統(tǒng)的基本功能或行為級上對設(shè)計的產(chǎn)品進行行為描述和定義，結(jié)合多層的仿真技術(shù)，在確保設(shè)計的可行性與正確性的前提下，完成功能確認。FPGA具有陣列型PLD器件得優(yōu)點，同時其結(jié)構(gòu)又類似掩?？删幊涕T陣列，因此與有更高的集成度和更強大的邏輯實現(xiàn)能力，使得設(shè)計更加靈活和容易實現(xiàn)。FPGA的邏輯塊稱為CLB，通常只有48個輸入端，12個輸出端，因此CLB內(nèi)部得傳輸延時很小，可以得到較高的單元速度。工程中很多測量，如用振蕩式方法測量力、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(jié)為頻率測量。按照頻率的定即單位時間內(nèi)周期信號的發(fā)生次數(shù)，圖中晶振提供了測量的時間基準(zhǔn)，分頻后通過控制電路去開啟與關(guān)閉時間閘門。圖 22 周期測量原理圖 The schematic diagram of periodic measurement由此可見，對于傳統(tǒng)的頻率測量方法若是要達到高精度的要求，必須對被測信號分段測量，對于較低頻率采用周期測量法，對較高頻率采用頻率測量法。當(dāng)門控信號為低電平時，隨后而至的被測信號的上沿將使這兩個計數(shù)器同時關(guān)閉。 方案設(shè)計設(shè)計中提出兩種方案分別是以單片機AT89C51單獨作為系統(tǒng)的核心單元以及CPLD和單片機相結(jié)合的系統(tǒng)。采用74LS393的理由是：AT89C51內(nèi)有2個16位的二進制計數(shù)器，一個用作計數(shù)器，另一個用作定時器。一塊復(fù)雜的可編程邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）芯片完成各種時序邏輯控制、計數(shù)功能?；贑PLD和單片機結(jié)合的頻率測量設(shè)計方案主要是以單片機作為系統(tǒng)的主控部件，CPLD完成過種時序邏輯控制、計數(shù)功能。單片機由外接12MHZ標(biāo)準(zhǔn)晶振提供時鐘電路。CLOCK：時鐘輸入端。( R X D ) P 3 . 0( T X D ) P 3 . 1P 3 . 5P 3 . 2AT69C511 01 11 21 5V C C3 K ? 4K 1 K 2 K 3 K 47 4 L S 0 87 4 L S 0 8C L K I N H1 51291 11 21 31 43456圖 35 鍵盤控制電路 Controlling circuit of keyboard每個按鍵各接一根輸入線，從而使一根線上按鍵的工作狀態(tài)不會影響其它線上的工作狀態(tài)。根據(jù)實際亮度需求每段LED 接 5K 的限流電阻。amp。電源變壓器時將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰弥担缓蠼?jīng)過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。圖中用一個發(fā)光二極管來檢測電源電路是否通電，同時還可作為電源電路是否出現(xiàn)故障的標(biāo)志，當(dāng) L