【正文】 度和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測(cè)信號(hào)的頻率無關(guān)。(2)增大 Tpr或提高Fs，可以增大Ns，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的計(jì)數(shù)值為Ns。當(dāng)門控信號(hào)為低電平時(shí)，隨后而至的被測(cè)信號(hào)的上沿將使這兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)關(guān)閉。當(dāng)門控信號(hào)為高電平時(shí)，被測(cè)信號(hào)的上沿通過 D 觸發(fā)器的 Q 端同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器COUNT1 和 COUNT2。 COUNT1 和 COUNT2 是兩個(gè)可畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11控計(jì)數(shù)器。 等精度測(cè)頻法等精度測(cè)頻的方法是：采用頻率準(zhǔn)確的高頻信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，保證測(cè)量的閘門時(shí)間為被測(cè)信號(hào)的整數(shù)倍，并在閘門時(shí)間內(nèi)同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)脈沖和被測(cè)信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻率測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量精度相等，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)很高，閘門時(shí)間足夠長時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量。圖 22 周期測(cè)量原理圖 The schematic diagram of periodic measurement由此可見，對(duì)于傳統(tǒng)的頻率測(cè)量方法若是要達(dá)到高精度的要求，必須對(duì)被測(cè)信號(hào)分段測(cè)量，對(duì)于較低頻率采用周期測(cè)量法，對(duì)較高頻率采用頻率測(cè)量法。利用周期測(cè)量法在一定信號(hào)頻率范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)分頻系數(shù) M，可以較好地解決精度與實(shí)時(shí)性的矛盾。基于 CPLD 和單片機(jī)的頻率測(cè)量計(jì)的設(shè)計(jì)10 周期測(cè)量周期測(cè)量原理和頻率測(cè)量原理基本結(jié)構(gòu)是一樣的，只是把晶振和被測(cè)信號(hào)位置互換一下。若閘門開放時(shí)間為T，計(jì)數(shù)值為N，則被測(cè)頻率：F=N/T用這種頻率測(cè)量原理，對(duì)于頻率較低的被測(cè)信號(hào)來說，存在著實(shí)時(shí)性和測(cè)量精度之間的矛盾。按照頻率的定即單位時(shí)間內(nèi)周期信號(hào)的發(fā)生次數(shù)，圖中晶振提供了測(cè)量的時(shí)間基準(zhǔn)，分頻后通過控制電路去開啟與關(guān)閉時(shí)間閘門。而在直接測(cè)頻方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的等精度測(cè)頻方法消除了計(jì)數(shù)所產(chǎn)生的誤差，實(shí)現(xiàn)了寬頻率范圍內(nèi)的高精度測(cè)量，但是他不能消除和降低標(biāo)準(zhǔn)頻率所引入的誤差。常用的測(cè)頻法和周期法在實(shí)際應(yīng)用中具有叫大的局限性，并且對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)存在177。頻率作為一種最基本的物理量，其測(cè)量問題等同于時(shí)間測(cè)量問題，因此頻率測(cè)量的意義更加顯然。工程中很多測(cè)量，如用振蕩式方法測(cè)量力、時(shí)間測(cè)量、速度測(cè)量、速度控制等，都涉及到頻率測(cè)量，或可歸結(jié)為頻率測(cè)量。FPGA較小的邏輯單元結(jié)構(gòu)和豐富的寄存器資源決定了其更適用于復(fù)雜時(shí)序電路和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（如通信傳輸和視頻處理）。CPLD和FPGA機(jī)構(gòu)上的區(qū)別決定了兩種器件使用于不同的數(shù)字系統(tǒng)。CPLD的內(nèi)部互連采用全局總線得方式，其主要特點(diǎn)是延時(shí)可預(yù)測(cè)。FPGA的邏輯塊稱為CLB，通常只有48個(gè)輸入端，12個(gè)輸出端，因此CLB內(nèi)部得傳輸延時(shí)很小，可以得到較高的單元速度。無論是CPLD還是FPGA，都是依靠內(nèi)部得邏輯塊實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。目前主流的FPGA產(chǎn)品內(nèi)部連線一般采用分段互連型結(jié)構(gòu)，并且可重復(fù)編程。世界上得可編程邏輯器件供應(yīng)商（如Xilinx、Altera和Actel）可以為客戶提供各具特色的FPGA產(chǎn)品。FPGA具有陣列型PLD器件得優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(qiáng)大的邏輯實(shí)現(xiàn)能力，使得設(shè)計(jì)更加靈活和容易實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)需要隨時(shí)改變器件的基于 CPLD 和單片機(jī)的頻率測(cè)量計(jì)的設(shè)計(jì)8內(nèi)部邏輯功能和管腳的信號(hào)方式，借助于大規(guī)模集成的CPLD和高效的設(shè)計(jì)軟件，用戶不僅可通過直接對(duì)芯片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)行躲在數(shù)字邏輯系統(tǒng)功能，而且由于管腳定義的靈活性，大大減少了電路圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)的工作量及難度，同時(shí)，這種基于可編程芯片的設(shè)計(jì)大大減少了系統(tǒng)芯片的數(shù)量，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。使得硬件的設(shè)計(jì)可以如軟件設(shè)計(jì)一樣方便快捷，從而改變了傳統(tǒng)數(shù)字及用單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)觀念，使電子設(shè)計(jì)的技術(shù)操作和系統(tǒng)構(gòu)成在整體上發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)CPLD是一種新興的高密度大規(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?；贓DA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法為“自頂向下”設(shè)計(jì)，其步驟是采用可完全獨(dú)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(jí)上對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)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(jì)的可行性與正確性的前提下，完成功能確認(rèn)。EDA的仿真測(cè)試技術(shù)只需要通過計(jì)算機(jī)就能對(duì)所設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)從各種不同層次的系統(tǒng)性能特點(diǎn)完成一系列準(zhǔn)確的測(cè)試與仿真操作，大大提高了大規(guī)模系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）72 設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)本部分介紹CPLD作設(shè)計(jì)的意義、頻率測(cè)量原理、等精度測(cè)量原理以及總體設(shè)計(jì)方案。在基礎(chǔ)理論和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，用十進(jìn)制數(shù)字來顯示被測(cè)信號(hào)頻率的測(cè)量裝置。由于CPLD具有連續(xù)連接結(jié)構(gòu)，易于預(yù)測(cè)延時(shí)，使電路仿真會(huì)更加準(zhǔn)確，且編程方便，速度快，集成度高，價(jià)格低，從而系統(tǒng)研制周期大大縮短，產(chǎn)品性能價(jià)格比提高。最終實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)頻率計(jì)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試場(chǎng)所。為了提高測(cè)量精度，我們又對(duì)高低頻再進(jìn)行分段。對(duì)高頻段和低頻段的劃分，會(huì)直接影響測(cè)量精度及速度。實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬頻域，高精度的頻率計(jì)，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(cè)周法。隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以單片機(jī)為核心的測(cè)量控制系統(tǒng)層出不窮，在被測(cè)信號(hào)中，較多的是模擬和數(shù)字開關(guān)信號(hào)，而且還經(jīng)常遇到以頻率為參數(shù)的被測(cè)信號(hào)，例如流量、轉(zhuǎn)速、晶體壓力傳感器以及經(jīng)過參量—頻率轉(zhuǎn)換后的信號(hào)等。MCS—51系列單片機(jī)具有體積小，功能強(qiáng)，性能價(jià)格比較高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和智能化儀器，儀表等領(lǐng)域。頻率信號(hào)抗干擾性強(qiáng)、易于傳輸 ,可以獲得較高的測(cè)量精度。（2） 標(biāo)準(zhǔn)頻率為40MHZ.頻率測(cè)量在科技研究和實(shí)際應(yīng)用中的作用日益重要。設(shè)計(jì)使用等精度頻率測(cè)量方法，完整的設(shè)計(jì)出基于FPGA/CPLD的頻率測(cè)量計(jì)，并完成調(diào)試。 頻率計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和意義設(shè)計(jì)內(nèi)容：本設(shè)計(jì)屬于典型的EDA設(shè)計(jì)。對(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才。目前按單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它分為4位、8位、16位及32位單片機(jī)。但是，在國內(nèi)單片機(jī)的叫法仍然有著普遍的意義。這些外圍電路及外設(shè)接口已經(jīng)突破了微型計(jì)算機(jī)（Microputer）傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，所以更為確切反映單片機(jī)本質(zhì)的名稱應(yīng)是微控制器。由于單片機(jī)面對(duì)的是測(cè)控對(duì)象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來說都是應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的。所謂單片機(jī)，即把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如中央處理器CPU、隨即存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、輸入、輸出接口電路、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。它得出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)從通用型數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)入到智能化的控制領(lǐng)域。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?cè)谠O(shè)計(jì)方法學(xué)和設(shè)計(jì)工具集成化方面取得了長足的進(jìn)步可以利用計(jì)算機(jī)作為單點(diǎn)設(shè)計(jì)工具并建立各種設(shè)計(jì)單元庫開始用計(jì)算機(jī)將許多單點(diǎn)工具集成在一起使用大大提高了工作效率。CAD（Computer Aided Design）是EDA技術(shù)發(fā)展的早期階段。EDA是在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念來發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是依靠功能強(qiáng)大的電子計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語言HDL(Hardware Description Language)為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編輯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、和仿真直至下載到可編程邏輯器件CPLD/FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC（Application Specific Integrated Circuit）芯片中實(shí)現(xiàn)既定的電子電路設(shè)計(jì)功能。原來需要成千上萬只電子元器件組成的一臺(tái)計(jì)算機(jī)主扳或彩色電視機(jī)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。微電子技術(shù)，即大規(guī)模集成電路加工技術(shù)的進(jìn)步是現(xiàn)在數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。20世紀(jì)末，數(shù)字電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，有力地推動(dòng)和促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化的提高，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類生活的各個(gè)方面。而集成電路(IC)技術(shù)在微電子領(lǐng)域占有重要的地位。這些要求有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者部分實(shí)現(xiàn)，但要真正完美的實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)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(duì)于低檔產(chǎn)品要求使用操作方便，量程（足夠）寬，可靠性高，價(jià)格低。由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字頻率計(jì)都在不斷地進(jìn)步著，靈敏度不斷提高，頻率范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷地增加。企業(yè)迫切需要大量熟練掌握單片機(jī)技術(shù)并能開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)管理這些智能化產(chǎn)品的高級(jí)工程技術(shù)人才。一些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量脈沖參數(shù)，并提供類似于頻率分析儀的屏幕顯示；對(duì)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(cè)試需要正確地選擇，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳的應(yīng)用效果。還有些計(jì)數(shù)器可以測(cè)量信號(hào)電平、周期、脈寬和脈沖頻率，選擇這樣的計(jì)數(shù)器可以使測(cè)試方案中使用的測(cè)試儀器更少。基于 CPLD 和單片機(jī)的頻率測(cè)量計(jì)的設(shè)計(jì)2圖11在某些特殊的測(cè)試場(chǎng)合，可能需要其它附件，比如用一個(gè)射頻放大器來放大低電平的信號(hào)，或通過一個(gè)外接的混頻器來測(cè)量超出計(jì)數(shù)器測(cè)量范圍的頻率，當(dāng)然，有些計(jì)數(shù)器能夠直接測(cè)量100gHZ以上的頻率。這樣可以避免一直占用頻譜分析儀，因?yàn)轭l譜儀的價(jià)格可能是那些附件價(jià)格的10～20 倍。如果被測(cè)頻率變化小于百分之幾，可以考慮在計(jì)數(shù)器輸入端安裝一個(gè)濾波器，以抑制不需要的信號(hào)（圖1）。例如：當(dāng)前出現(xiàn)的干擾信號(hào)比被測(cè)信號(hào)至少大6db時(shí)，計(jì)數(shù)器測(cè)得的是這個(gè)干擾信號(hào)，這就導(dǎo)致了錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。 微波計(jì)數(shù)器的使用如果要測(cè)量的信號(hào)中有噪聲、 諧波或寄生分量， 盡量不要使用微波計(jì)數(shù)器。通過使用銫束頻率標(biāo)準(zhǔn)或gps信號(hào)作為一個(gè)參考頻率源送入整個(gè)系統(tǒng)的所有儀器，可最大限度地提高頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，這樣在測(cè)量儀器中就不需要有精確的時(shí)基而可以達(dá)到1012到1014的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度，也就是說，可以達(dá)到比儀器最高分辨率高得多的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度。好的恒溫槽溫度可以穩(wěn)定到零點(diǎn)幾度，這樣就可以保證在外部溫度變化時(shí)振蕩器的頻率變化相當(dāng)小。高分辨率比高精度更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵黾语@示位數(shù)比制造更穩(wěn)定的振蕩參考源要容易的多。 測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度的選擇儀器的頻率測(cè)量準(zhǔn)確度取決于時(shí)基。假如需要在15gHZ有1HZ的分辨率，儀器必須至少顯示11位數(shù)。說明書上的測(cè)試性能指標(biāo)給出了測(cè)量儀器的“準(zhǔn)確度”和“分辨率”。當(dāng)然，如果計(jì)數(shù)器的額定最高頻率為18gHZ，那么由于計(jì)數(shù)器電路不能工作在18gHZ以上，你甚至不能用它測(cè)量在20gHZ上0dbm的信號(hào)。 對(duì)靈敏度和準(zhǔn)確度的要求為了測(cè)量微波頻率， 頻率計(jì)必須在測(cè)量頻率點(diǎn)上有足夠的靈敏度，因?yàn)橛行﹥x器的實(shí)際性能比說明書給出的指標(biāo)要好些，這樣當(dāng)測(cè)量臨界信號(hào)時(shí)才可能有更多的靈活性。微波計(jì)數(shù)器一般使用類型頻譜分析儀的分頻或混頻電路，另外還包含多個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)、合成器、中頻放大器等。在測(cè)試通訊、微波器件或產(chǎn)品時(shí)，常常需要測(cè)量 頻率，通常這些都 是較復(fù)雜的信號(hào)，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。而對(duì)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(cè)量速率；除通常通用計(jì)數(shù)器所具有的功能外，還要有數(shù)據(jù)處理功能，統(tǒng)計(jì)分析功能，時(shí)域分析功能等等，或者包含電壓測(cè)量等其他功能。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)電子計(jì)數(shù)器也提出了新的要求。目前這些基本技術(shù)日臻完善，成熟?；?CPLD和單片機(jī)的頻率測(cè)量計(jì)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘要 .............................................................IABSTRACT ........................................................II1 緒論 ..........................................................1 頻率計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) ...............................................1 對(duì)靈敏度和準(zhǔn)確度的要求 ...........................................................................1 測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度的選擇 ...........................................................................2 微波計(jì)數(shù)器的使用 .......................................................................................2 技術(shù)背景及發(fā)展趨勢(shì) ...........................................3 EDA 技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 .......................................4 單片機(jī)概論 ........................................