【正文】 位定時 /計數(shù)器 ,定時 / 計數(shù)器 的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷要求的功能。 ....................................................................................................... 24 數(shù)字頻率計實驗報告 202171 3 (1)數(shù)據(jù)處理過程 ............................................................................................... 24 (2)系統(tǒng)軟件框圖 ............................................................................................... 25 (3)浮點數(shù)學(xué)運算程序 ........................................................................................ 25 （ 4） 實測結(jié)果和誤差分析 ............................................................................... 26 四 參考文獻 ................................................................................................................. 28 附件 1：程序清單 .......................................................................................................... 29 一 系統(tǒng)概述 頻率計由單片機 89C51 、信號予處理電路、串行通信電路、測量數(shù)據(jù)顯示電路和系統(tǒng)軟件所組成 ,其中信號予處理電路包含待測信號放大、波形變換、波形整形和分頻電路。 CPLD ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 (6)89S51 單片機復(fù)位方式 ....................................................... 錯誤 !未定義書簽。隨著現(xiàn)場可編程 單片機 的廣泛應(yīng)用，運用 單片機控制 ，將使整個系統(tǒng)大大簡化，提高了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。數(shù)字式頻率計的測量原理有兩類：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù)；二是間接測頻法即測周期法，如周期測頻法。 (3)89S51 單機的電源線 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 （ 5）數(shù)碼管使用的電流與電壓 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 （ 2）單片機系統(tǒng) ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)軟件包括測量初始化模塊、顯示模塊、信號頻率測量模塊、量程自動轉(zhuǎn)換模塊、信號周期測量模塊、定時器中斷服務(wù)模塊、浮點數(shù)格式化模塊、浮點數(shù)算術(shù)運算模塊、浮點數(shù)到 BCD 碼轉(zhuǎn)換模塊。當 TR 清 0 ,停止計數(shù)。頻率計的工作過程為 :首先定時 /計數(shù)器的計數(shù)寄存器清 0 ,運行控制位 TR 置 1 ,啟動定時 / 計數(shù)器 。這里設(shè)計的頻率計用 5 位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果 :前 3 位為測量結(jié)果的有效數(shù)字 。如果測量結(jié)果仍不具有 3 位有效數(shù)字 ,頻率計則使用定時方法實現(xiàn)頻 率測量。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1288 位內(nèi)部 RAM P0口 ： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON， TCON， TMOD， SCON 等，各代表什么含義呢？ SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。 UART 為 (Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。 TI 置位后，申請中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個位的， 1 位起始位為 0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先， 1 位停止位為 1。模 式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于 PCON 寄存器中的 SMOD 位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64,SMOD 為 1，波特率為 focs/32。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 和 12M，定時器 1 為模式 2， SMOD 設(shè)為 1，分別看看那所要求的 TH1 為何值。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8 位輸入鎖存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 2以內(nèi)時即可達到精度要求。經(jīng)計算，四檔的閘門電平時間 0T 分別為 10s、1s、 和 。 在分模塊介紹之前先說明兩個重要的寄存器狀態(tài) STAT[1..0]和LATCH_STAT[1..0]。五個輸出端口：四個四位十進制 BCD 碼輸出 OUT1[3..0]～ OUT4[3..0]、過量程溢出 OF。要得到 10s、 1s、 三個 FGATE，分別要計數(shù)到 102 1024 和 103。這樣，由于控制器此時溢出已被置位，馬上就能 進入一次換檔處理，保證了換檔的快速。其具體結(jié)構(gòu)見附圖 2下半部分。 always (posedge clk or posedge set or posedge reset) begin if(set) out = 439。 CONTROL_CORE 模塊是控制器的核心，有六個輸入端口：時序脈沖 CLK、清零脈沖 CLR、復(fù)位脈沖 RESET、溢出檢測輸入 OF、計數(shù)器輸出第 4 位 IN3[3..0]和IN4[3..0] 。這個時候就需要檢測。具體源程序如下： module control_core(clk, clr, reset, of, IN3, IN4, counter_clrn, latch_clk, clrof, latch_stat, stat)。 stat_reg = 0。 end else if(count == 0) begin //T1 脈沖 count = count + 1。amp。 end end else if(flag == 2) begin //檔位不夠 latch_stat = latch_stat。 end end always (negedge clr) begin stat = stat_reg。 六、實驗總結(jié) 這次實驗是相當成功的一次實驗，我不僅在實驗中學(xué)會了 Verilog 這種硬件描述語言以及基本的 FPGA 設(shè)計思想和方法。計數(shù)寄存器中的值通過16 進制數(shù)到 10 進制數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為 10 進制數(shù)。當產(chǎn)生定時 / 計數(shù)器將溢出 ,程序進入定時器中斷服務(wù)程序 ,中斷服務(wù)程序?qū)?溢出次數(shù)進行計數(shù)。然后浮點數(shù)算術(shù)運算對其進行處理 ,獲得用浮點數(shù)格式表達的信 號頻率值。在本頻率計中需要完成周期到頻率的換數(shù)字頻率計實驗報告 202171 26 算 ,為保證測量結(jié)果的準確 ,這里應(yīng)用了浮點數(shù)數(shù)學(xué)運算。采用計數(shù)法實現(xiàn)頻率測量 ,誤差來源主要有計數(shù)誤差和閘門誤差兩部分 。周期測量的誤差表達式為 : dT/ T = | dN/ N| + | dτ 0/τ 0| 這里 dN/ N 為量化誤差 ,dτ 0/τ 0 為晶振的頻率穩(wěn)定度。 void main() { TMOD=0x51。 //開總中斷 ET0=1。 SEG2=tab1[10]。 TH1=TL1=0。 SEG3=tab1[m%1000%100/10]。 } } 。 TH1=TL1=0。 數(shù)字頻率計實驗報告 202171 31 SEG2=tab1[m/100]。 SEG4=tab1[m]。//等待中斷 } void t0(void) interrupt 1 using 1 { TH0=(6553646197)/256。 TL1=0。當數(shù)字頻率計實驗報告 202171 27 僅顯示 3 位有效數(shù)字時 ,該項誤差現(xiàn)在也可以忽略。閘門時間相對誤差 dt/ t 主要取決于晶振的頻率穩(wěn)定度 ,選擇合適的石英晶體和振蕩電路 ,誤差一般可小于 10 6 。由于通過多次的轉(zhuǎn)換 ,整個換算過程精度還不是很高 ,通過實測 ,精度大約為千分之二左右。無論從哪一種方式進入顯示模塊 ,完成顯示后 ,頻率計都開始下一次信號的頻率測量。信號的頻率 f 與信號的周期 T 之間的關(guān)系為 : f = 1/ T 完成信號的周期測量后 ,需要做一次倒數(shù)運算才能獲得信號的頻率。若該位為 0 ,將計數(shù)閘門的寬度擴大 10 倍 ,重新對待測信號的計數(shù) ,直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。 數(shù)字頻率計實驗報告 202171 24 三 系統(tǒng)設(shè)計 (1)數(shù)據(jù)處理過程 在頻率計開始工作 ,或者完成一次頻率測量 ,系統(tǒng)軟件都進行測量初始化。 五、誤差分析及改進 經(jīng)過下載測試，實際的測量誤差在 1～ 2 檔時，誤差在 1 310? ～ 4 310? 數(shù)量級，在 3～ 4檔時，誤差相對大一些，一般＞ 4 310? ，這是由于計數(shù)分頻時計數(shù)值為近似值造成的系統(tǒng)誤差。 //檔位保持 end else begin stat_reg = stat_reg 1。 end else if((IN3) || (IN4)) begin //計數(shù)有效 flag = 0。 latch_clk = 0。 count = 0。 input[3:0] IN3, IN4。在 1T 時刻第工作脈沖到來時，首先檢測是不是復(fù)位周期，是則跳過，不作任何動作。另外還有寄存器 stat_reg[1..0]，用在轉(zhuǎn)換檔位時臨時保存檔位。 else if(reset) out = 0。下面將 LATCH_4_16 的功能表（見左）和源程序列出，同樣將另一鎖存器源程序收于附錄。分頻器單元 FREQCER_10240的源程序如下