【正文】 圖 測頻模塊的波形圖 脈寬控制電路 脈寬控制電路原理圖如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 圖 脈寬控制電路原理圖 脈寬控制電路波形圖如圖 所示，其中 1 引腳始終為高電平，當(dāng) CL為高電平時(shí)，PL 引腳輸出寬度 TCLK 高（正）脈沖寬度的脈沖； CL為低電平時(shí)， PL 輸出寬度為 TCLK低（負(fù)）脈沖寬度的脈沖。計(jì)數(shù)器是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式計(jì)數(shù)，由于標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的頻率為 40MHz，為了提高測量精度，因此將計(jì)數(shù)器的位數(shù)設(shè)為 32 位。 MUX21 選擇器 MUX21 選擇器芯片的功能是在選擇信號 S 的控制下輸出端 Z 輸出不同的信號。 CLR 信號為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值清零。本設(shè)計(jì)中的 D 觸發(fā)器為帶有異步清零功能的 D 觸發(fā)器。 CL 為單片機(jī)發(fā)出的預(yù)置門控信號， CLR 為單片機(jī)發(fā)出的復(fù)位信號， TCLK 為被測信號的輸入， 1 引腳始終接高電平。門控時(shí)間結(jié)束后，單片機(jī)將門控信號 CL 置為低電平，在被測信號的下一個(gè)脈沖的上升沿到來時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器將同時(shí)停止工作。標(biāo)準(zhǔn)頻率取自 FPGA 的外部晶振。 CLR 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器使能端 BENA 為低電平，測頻 /測周期電路不工作，系統(tǒng)清零。 由于 74LS164 芯片輸出低電平時(shí)具有 8mA 的灌電流能力，在靜態(tài)顯示方式下足以保證顯示亮度。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。 鍵盤控制命令由鍵盤掃描譯碼電路讀入，當(dāng)有按鍵按下 時(shí)向單片機(jī)發(fā)出中斷請求讀取鍵值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 ⑵ VHDL 語言的描述會(huì)與實(shí)際硬件電路的工作方式不符。 VHDL 語言的移植能力就是指同一個(gè)設(shè)計(jì)的 VHDL 語言描述可以從一個(gè)模擬工具移植到另一個(gè)模擬工具、從一個(gè)綜合工具移植到另一個(gè)綜合工具或者從一個(gè)工作平臺(tái)移植到另一個(gè)工作平臺(tái)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 VHDL 語言簡介 美國國防部在 20 世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初提出了 VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)計(jì)劃， VHSIC 計(jì)劃的目標(biāo)是為下一代集成電路的生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)階段性的工藝極限以及完成 10 萬門級以上的設(shè)計(jì)建立一項(xiàng)新的描述方法。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 C語 言程序本身不依 賴 于機(jī)器硬件系 統(tǒng) ，基本上不作修改就可 將 程序 從 不同的 單 片機(jī)中移植 過來 。 ⑸ 模塊化工具。 ⑴ 開放式的界面。 ⑹ 具有快速建立時(shí)間和時(shí)鐘到輸出的外部寄存器。每個(gè) FLEX10K內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 器件都包含一個(gè)嵌入式陣列，它為設(shè)計(jì)者提供了有效的嵌入式門陣列和靈活的可編程邏輯?；?SRAM 的 FPGA 器件在工作前需要從芯片外部加載配置數(shù)據(jù)。它是大規(guī)模集成電路技術(shù)飛速發(fā)展與計(jì)算機(jī)輔內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)輔助測試相結(jié)合的一種產(chǎn)物，是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)向超高集成度、超低功耗、超小封裝和專用化方向發(fā)展的重要基礎(chǔ) 。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 XTAL2: 來自反向振蕩器的輸出。 ALE/PROG: 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。 P1 口當(dāng)用作外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出 16位地址的高八位。當(dāng) P1 口的管腳輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先把口置‘ 1’。同時(shí)，基于芯片的設(shè)計(jì)可以減少芯片的數(shù)量，縮小系統(tǒng)體積，降低能源消耗。當(dāng) Tpr 秒后，預(yù)置門控信號 CL被單片機(jī)置為低電平，但此時(shí)兩個(gè)計(jì)數(shù)器仍沒有停止計(jì)數(shù)，一直等到隨后而至的被測信號的上升沿到來時(shí)，才通過 D 觸發(fā)器將把這兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。其原理圖如圖 所示。這種方法在一定程度上可以彌補(bǔ)方法⑴的不足，電路實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。 ⑷ 完成了頻率計(jì)的系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)完成了基于數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)平臺(tái)Max+plusⅡ的 FPGA 硬件電路設(shè)計(jì)， FPGA 模塊用來完成高速計(jì)數(shù)器的功能；單片機(jī)完成測試控制、數(shù)據(jù)處理等功能，并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體控制。 本設(shè)計(jì)主要論述了利用 FPGA 進(jìn)行測 頻計(jì)數(shù)，單片機(jī)實(shí)施控制，實(shí)現(xiàn)多功能頻率計(jì)的過程， 使得頻率計(jì)具有了測量精度高、功能豐富、控制靈活等特點(diǎn)。掉電后， FPGA 恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此 FPGA 能夠反復(fù)使用。 頻率計(jì)的發(fā)展概況 傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計(jì)可以通過普通的硬件電路組合來實(shí)現(xiàn)，一般由分離元件搭接而成，其開發(fā)過程、調(diào)試過程十分繁瑣，而且由于電子器件之間的互相干擾，影響頻率計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 的精度，體積較大，已不適應(yīng)電子設(shè)計(jì)的發(fā)展要求 [1] [2]。在被測信號中，較多的是模擬和數(shù)字開關(guān)信號，此外還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的測量信號，例如流量、轉(zhuǎn)速、晶壓力傳感器以及經(jīng)過參變量―頻率轉(zhuǎn)換后的信號等等。本設(shè)計(jì)將 AT89C51 單片機(jī)的控制靈活性和 FPGA芯片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn) 。其中硬件電路包括鍵盤控 制模塊、顯示模塊和測量模塊，鍵盤模塊采用獨(dú)立式的鍵盤，實(shí)現(xiàn)了 測頻功能 ，還實(shí)現(xiàn)了 周期、脈寬、占空比測量等功能的選擇；顯示模塊采用靜態(tài)顯示方式，因此電路結(jié)構(gòu)簡單，顯示方便； AT89C51 單片機(jī)的軟件編程采用靈活易讀的 C 語言。 FPGA 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） III 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 第一章 引言 .............................................................................................................................. 1 研究背景與意義 ......................................................................................................... 1 頻率計(jì)的發(fā)展概況 ..................................................................................................... 1 論文所做的工作與研究內(nèi)容 ..................................................................................... 2 第二章 等精度數(shù)字頻率計(jì)測頻原理與設(shè)計(jì)方法 .................................................................. 4 等精度數(shù)字頻率計(jì)測頻原理 ..................................................................................... 4 數(shù)字頻率計(jì)的測頻方法簡介 .......................................................................... 4 等精度測頻原理 .............................................................................................. 5 等精度數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法 ................................................................................. 7 電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 ...................................................................................... 7 第三章 主要芯片及設(shè)計(jì)工具簡介 .......................................................................................... 8 主要芯片性能介紹 ..................................................................................................... 8 AT89C51 單片機(jī)性能介紹 ............................................................................... 8 FLEX10K 系列芯片性能介紹 ........................................................................11 MAX+PLUSII 概述 ................................................................................................... 14 KEIL C51 語言簡介 .................................................................................................. 14 VHDL 語言簡介 ....................................................................................................... 16 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 18 系統(tǒng)組成 ................................................................................................................... 18 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） IV 鍵盤接口電路 ........................................................................................................... 19 顯示電路 ................................................................................................................... 20 LED 顯示模塊 ................................................................................................ 20 顯示模塊 ........................................................................................................ 21 測量電路 ................................................................................................................... 23 測量與自校選擇電路 .................................................................................... 24 測頻 /測周電路 ............................................................................................... 25 脈寬控制電路 ................................................................................................ 27 硬件電路