【正文】 移的任務(wù)，被側(cè)的交流信號D被放大、平移成脈沖直流信號E,再經(jīng)74HC14施密特反相器整形成矩形脈沖。 基于單片機的方案采用單片機AT89C51作為系統(tǒng)控制核心單元，輔以適當(dāng)?shù)能?、硬件資源完成以單片機為核心的等精度頻率計的軟硬件設(shè)計及系統(tǒng)實現(xiàn)。在預(yù)置門時一間和常規(guī)測頻閘門時間相同而被測信號頻率不同的情況下，等精度測量法的測量精度在整個測量范圍內(nèi)保持恒定不變，而常規(guī)的直接測頻法 (在低頻時用測周法，高頻時用測頻法)，其精度會隨著被測信號頻率的下降而下降。(3)標(biāo)準頻率誤差為△Fs/Fs，由于晶體的穩(wěn)定度很高，標(biāo)準頻率誤差可以進行校準。則:Fx/Nx=Fs/Ns(標(biāo)準頻率和被測頻率的門寬時間Tpr完全相同)就可以得到被測信號的頻率值為:Fx=(Fs/Ns)*Nx 圖 23 等精度測頻原理示意圖 The schematic diagram of equal precision for frequency theory誤差分析如下:在一次測量中，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，在Tpr時間內(nèi)對Fx的計數(shù)Nx無誤差；在此時間內(nèi)Fs的計數(shù)Ns最多相差一個脈沖，即|△et|≤1，則下式成立:Fx/Nx=Fs/NsFxe/Nx=Fs/(Ns+△et)所以有:Fx= (Fs/Ns) *NxFxe=[Fs/(Ns+ △et)]*Nx根據(jù)相對誤差公式有:△Fxe/Fxe=lFxeFxl/Fxe代入整理得:△Fxe/Fxe=I△et|/Ns又因為:|△et |≤1所以: |△et |/NS≤1/Ns即: |﹠|=△Fxe/Fxe≤1/ Ns其中:Ns=Tpr*Fs由以上推導(dǎo)結(jié)果可得出下面結(jié)論:(1)相對測量誤差與頻率無關(guān)。設(shè)在一次門控時間Tpr中對被測信號計數(shù)值為Nx。對被測信號 Fx 和標(biāo)準頻率信號 Fs 同時計數(shù)。標(biāo)準頻率信號從 COUNT1 的時鐘輸入端 CLK 輸入，其頻率為 Fs；經(jīng)整形后的被測信號從 COUNT2 的時鐘輸入端 CLK 輸入，設(shè)其實際頻率為 Fxe，測量頻率為Fx。等精度測頻原理示意圖如圖 23 所示圖 23 中的門控信號是可預(yù)置的寬度為 Tpr 的脈沖。周期測量法原理圖如圖 22 所示。但是對于高頻信號，周期法就需要很大的分頻系數(shù) M，增加了硬件和軟件的復(fù)雜性，不宜采用。T=NTr/M計數(shù)值 N 和被測信號的周期成正比，N 反映了 M 個信號周期的平均值。例如若被測信號為10HZ，%，則最短閘門時間為： T=N/F=1000S這樣的測量周期根本是不可能接受的，可見頻率測量法不適宜用于低頻信號的測量。閘門開啟時，計數(shù)器開始計數(shù)，閘門關(guān)閉，停止計數(shù)。常用的頻率測量方法： 頻率測量圖21 頻率測量原理圖 The schematic diagram of Frequency measurement頻率測量的原理圖如圖21所示。1一個字的誤差。頻率測量的方法有多種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速以及便于實現(xiàn)測量過程的自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。頻率測量的精度和效能常常決定里這次測量儀表或控制系統(tǒng)的性能。 頻率測量原理在電子測量技術(shù)中，頻率測量是最基本的測量之一。CPLD強大的邏輯功能使其更適用來設(shè)計復(fù)雜的組合邏輯電路和控制系統(tǒng)（如DMA控制和存儲器控制）。而FPGA使用分布式的內(nèi)部互連，內(nèi)部延時受系統(tǒng)布局的影響。從規(guī)模上看CLB只是一個邏輯單元，當(dāng)輸入端不夠用時，通常需要吧CLB進行串行級連擴展。CPLD中得邏輯塊一般稱為LAB，其規(guī)模比較大，通常由幾十個輸入端和不少于十個的輸出端，并且還可以根據(jù)需要進行邏輯擴展，但是邏輯寄存器的數(shù)量很少。 FPGA和CPLD的選擇CPLD和FPGA再邏輯功能塊和內(nèi)部互連方面存在區(qū)別，兩種器件各有優(yōu)點和缺點，適用于不同得場合。因此對FPGA而言有著不同得分類方法，一般可根據(jù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)和編程特性對FPGA進行分類。事實上FPGA已經(jīng)稱為一類標(biāo)準器件，并且已經(jīng)和CPLD一起成為目前最常用得可編程邏輯器件。 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）FPGA是一種可由用戶自定義并進行配置得高密度專用集成電路。采用CPLD可編程器件，可利用計算機軟件的方式對目標(biāo)器件進行設(shè)計，而以硬件的形式實現(xiàn)既定的系統(tǒng)功能?？删幊唐骷淖畲筇攸c是可通過軟件編程對器件的結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，能隨時進行設(shè)計調(diào)整而滿足產(chǎn)品升級。然后利用EDA工具的邏輯綜合功能，把功能描述轉(zhuǎn)換為某一具體目標(biāo)芯片的網(wǎng)表文件，經(jīng)編程器下載到可編程目標(biāo)芯片中（如FPGA芯片），使該芯片能實現(xiàn)設(shè)計要求的功能。設(shè)計者的工作僅限于利用軟件方式，即利用超高速硬件描述語言（VHDL）來完成系統(tǒng)硬件功能的描述，在EDA工具的幫助下就可以得到最后的結(jié)果，這使得對整個硬件系統(tǒng)的設(shè)計和修改過程如同完成軟件設(shè)計一樣方便、高效。 CPLD/FPGA 設(shè)計意義 EDAEDA（電子設(shè)計自動化）技術(shù)以計算機為工具，在EDA軟件平臺上，對以超高速硬件描述語言（VHDL）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件，自動的完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯仿真，直至對特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。以精確迅速的特點測量信號頻率，在本設(shè)計在實踐理論上鍛煉提高了自己的綜合運用知識水平，為以后的開發(fā)及科研工作打下基礎(chǔ)。CPLD芯片采用流行的VHDL語言編程，并在MAX+plusII設(shè)計平臺上實現(xiàn)了全部編程設(shè)計，單片機采用底層匯編語言編程，可以精確地控制測頻計數(shù)閘門的開啟和關(guān)閉，從而進一步提高了測量精度。本測頻系統(tǒng)的設(shè)計揚棄了傳統(tǒng)的自下而上的數(shù)字電路設(shè)計方法，采用先進的EDA技術(shù)及自上而下的設(shè)計，把資源豐富、控制靈活及良好人機對話功能的單片機和具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組、現(xiàn)場可編程的CPLD芯片完美的結(jié)合起來，實現(xiàn)了對0－100MHZ信號頻率的等精度測量。以89C51單片機為控制器件的頻率測量方法，并用匯編語言進行設(shè)計，采用單片機智能控制，結(jié)合外圍電子電路，得以高低頻率的精度測量。經(jīng)分析我們將f=1MHZ做為高頻，采用直接測頻法；將f=1HZ做為低頻，采用測周期法。一般的數(shù)字頻率計本身無計算能力因而難以使用測周發(fā)，而用89c51單片機構(gòu)成的頻率計卻很容易做到這一點。對于以頻率為參數(shù)的被測信號，通常多采用的測頻法和測周法。我們研制的頻率計以89c51單片機為核心，具有性能優(yōu)良，精度高，可靠性好等特點。同時 ,頻 AT89C51 單片機和相關(guān)硬軟件實現(xiàn)。傳統(tǒng)的頻率計通采用組合電路和時序電路等大量的硬件電路構(gòu)成，產(chǎn)品不但體積較大，運行速度慢，而且測量低頻信號時不宜直接使用。主要參數(shù)：（1） 測頻范圍為0－100MHZ。CPLD是一類新興的高密度大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，它具有門陣列的高密度和PLD器件的靈活性和易用性，目前已成為一類主要的可編程器件。而對于中高檔產(chǎn)品，則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率；除通常計數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計分析功能，時域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對電子計數(shù)器也提出了新的要求。單片機以體積小、功能強、可靠性高、性能價格比高等特點，已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步和開發(fā)機電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。單片微型計算機技術(shù)迅速發(fā)展，由單片機技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。我們已經(jīng)把單片機理解為一個單芯片行動的微控制器，它是一個典型的嵌入式應(yīng)用計算機系統(tǒng)。單片機是單芯片形態(tài)作為嵌入式應(yīng)用得計算機，它有唯一的、專門為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，加上它的芯片級體積的優(yōu)點和現(xiàn)場環(huán)境下可高速可靠地運行的特點，因此單片機又稱為嵌入式微控制器（Embedded micro controller）。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，它在芯片內(nèi)集成了許多面對測控對象的接口電路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。因此單片機早期的含義為單片微型計算機（Single chip microputer），直接譯為單片機，并一直沿用至今。從此，計算機技術(shù)在兩個重要領(lǐng)域——通用計算機領(lǐng)域和嵌入式計算機領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展，并在深深地改變著我們的社會。 單片機概論單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應(yīng)用計算機系統(tǒng)。在這個階段人們開始利用計算機取代手工勞動但當(dāng)時的計算機硬件功能有限軟件功能較弱人們主要借助計算機對所設(shè)計的電路進行一些模擬和預(yù)測輔助進行集成電路版圖編輯和印刷電路板PCB（Printed Circuit Board）布局、布線等簡單的版圖繪制等工作。一般把EDA技術(shù)的發(fā)展分為CAD、CAE、和EDA三個階段。EDA技術(shù)使得電子電路設(shè)計者的工作僅限于利用硬件描述語言和EDA軟件平臺來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)極大地提高了設(shè)計效率縮短了設(shè)計周期節(jié)省了設(shè)計成本?，F(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心是EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)。目前，在硅片單位面積上集成的晶體管數(shù)量越來越多，1978年推出的8086微處理器芯片集成的晶體管數(shù)是4萬只，到2022年推出的Pentium4微處理器芯片的集成度達4200萬只晶體管。從計算機到手機，從數(shù)字電話到數(shù)字電視，從家用電器到軍用設(shè)備，從工業(yè)自動化到航天技術(shù)，都盡可能采用了數(shù)字電子技術(shù)。伴隨IC技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation EDA)已經(jīng)逐漸成為重要設(shè)計手段，其廣泛用于模擬與數(shù)字電路系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。 EDA技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用21世紀人類將全面進入信息化社會對微電子信息技術(shù)和微電子VLSI基礎(chǔ)技術(shù)將不斷提出更高的發(fā)展要求，微電子技術(shù)仍將繼續(xù)是21世紀若干年代中最為重要的和最有活力的高科技領(lǐng)域之一。而對于中高檔產(chǎn)品， 則要求有高分辨率，高精度，高穩(wěn)定度，高測量速率；除通常計數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計分析功能，時域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對電子計數(shù)器也提出了新的要求。單片機以體積小、功能強、可靠性高、性能價格比高等特點，已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進步和開發(fā)機電一體化和智能化測控產(chǎn)品的重要手段。 技術(shù)背景及發(fā)展趨勢當(dāng)今，單片微型計算機技術(shù)迅速發(fā)展，由單片機技術(shù)開發(fā)的計數(shù)設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，單片機技術(shù)產(chǎn)品和設(shè)備促進了生產(chǎn)技術(shù)水平的提高。由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，微波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。在機動車的防撞雷達和低功率通訊中繼站就需要這種性能的頻率計來測量。 如果知道待測信號的大概頻率（a），就可以用濾波器抑制已知的干擾信號(b)，而在計數(shù)器量程之外的其他信號（c）或低電平信號(d)不會對待測信號的頻率測量產(chǎn)生干擾。如果需要測量的幾個信號的頻率值相差很大，可以使用可調(diào)帶通濾波器或高通、低通濾波器依次測量每一個信號的頻率。一般來說，對干擾信號和噪聲可以使用計數(shù)器的附件來抑制。在選擇測量儀器之前必須了解待測信號的所有特性， 附非肯定待測信號是純凈（無噪聲干擾）、平穩(wěn)、單一頻率成分，否則應(yīng)該在制訂測試方案前用頻譜分析儀先觀測待測信號中的干擾信號及噪聲電平，然后看計數(shù)器的性能是否能允許這些干擾并仍能成功地完成頻率的測量?？赡苡绊懹嫈?shù)器選擇和應(yīng)用的還有另外幾個值得考慮的特性，如：采樣時間、測量速度和跟蹤速度，這些特性可能影響測量結(jié)果的準確及對結(jié)果的及時處理。當(dāng)然，儀器的固有準確度取決于制造的精度以及校準實驗室對時基振蕩器的校正；準確度主要取決于晶振的熱穩(wěn)定性，而與老化關(guān)系不大。為了提高儀器的測量準確度和穩(wěn)定度，可以購買一個具有小型恒溫槽的參考振蕩器作為時間基準。大多數(shù)儀器使用的10mHZ參考振蕩器具有107或 108的頻率準確度和穩(wěn)定度。高分辨率可以快速測出更小的漂移值和不穩(wěn)定值，但這時的讀數(shù)不能完全代表儀器的準確度。準確度指標(biāo)表明儀器的讀數(shù)接近實際信號頻率的程度；而分辨率指標(biāo)表明多么小的頻率變化可能在儀器上顯示出來。因此，如果要做精確的測量，一定要保證被測信號的頻率和幅度在測量儀器的指標(biāo)范圍之內(nèi)。例如，微波計數(shù)器說明書給出在20gHZ時靈敏度為25dbm，那么完全可以成功地用來測量該頻率點上30dbm的信號。雖然所有的微波計數(shù)器都是用來完成計數(shù)任務(wù)的，但制造廠家都有各自的一套復(fù)雜的計數(shù)器的設(shè)計、使得不同型號的 計數(shù)器性能和價格會有所差別，因此需要根據(jù)其附加特性或價格來慎重選擇。為了能正確地測量不同類型的信號，必須了解待測信號特性和各種頻率測量儀器的性能。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。對于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價格低。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)可以輕松地將電子計數(shù)器的測頻上限擴展到微波頻段。早期，設(shè)計師們追求的目標(biāo)主要是擴展測量范圍，再加上提高測量精度、穩(wěn)定度等，這些也是人們衡量電子計算器的技術(shù)水平，決定電子計數(shù)器價格高低的主要依據(jù)。 Frequency measurement。 CPLD。鍵控制模塊設(shè)置 1 個開始鍵和 3 個時間選擇鍵，鍵值的讀入采用一片 74LS165 來完成；顯示模塊用 8 只 74LS164 完成 LED 的串行顯示；被測信號經(jīng)限幅后由兩級直接耦合放大器進行放大，再經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸入 CPLD；標(biāo)準頻率采用40MHZ 有源晶振動實現(xiàn)；單片機軟件用匯編語言編寫，軟件模塊對應(yīng)于硬件電路的每一個部分，還包括部分數(shù)據(jù)計算和轉(zhuǎn)換模塊。其中硬