【正文】 基脈沖信號Fo通過閘門B由計數(shù)器B計數(shù)。1誤差”，并且達(dá)到了在整個測試頻段的等精度測量。等精度恒誤差測頻法是在直接測頻法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。設(shè)電子計數(shù)器計得的時鐘脈沖個數(shù)為N，則有:Tx=NTo Fx=l/Tx=l/NTo=Fo/N （）FX時基信號K分頻器閘門計數(shù)器信號調(diào)理電路門控電路TO門控信號Tx圖12 測量周期的原理框圖3等精度恒誤差測頻法1）基本方法:為了保證測試精度，一般對于高頻信號采用直接測頻法。被測信號經(jīng)信號調(diào)理電路變成方波信號后，加到門控電路形成門控信號Tx，控制閘門開關(guān)。脈沖⑤為在開門時間內(nèi)通過閘門的被測脈沖信號被送至計數(shù)器計數(shù)，時基信號發(fā)生器產(chǎn)生精確的開門時間，若在開門期間計數(shù)器計數(shù)值為N，則被測信號的頻率為: Fx=N/T （）信號調(diào)理閘門計數(shù)器門控電路時基信號發(fā)生器⑤②①④③圖11 直接測頻法原理框圖2測周期法測周期法是通過測量被測信號的周期來計算頻率的。脈沖調(diào)理電路將被測信號①轉(zhuǎn)變成脈沖信號②，其頻率與被測信號頻率Fx完全相同，將它送入閘門。1直接測頻法所謂直接測頻法是根據(jù)頻率的定義，把被測頻率信號經(jīng)信號調(diào)理電路后，加到閘門的輸入端，只有在閘門打開時間T(以秒計)內(nèi)，通過計數(shù)器計數(shù)被測信號的脈沖個數(shù)N，從而通過頻率的定義計算出被測信號的頻率。傳統(tǒng)的電子計數(shù)器法測頻方法通常有以下兩種:一種是直接測頻法，另一種是測周期法。目前該方法被廣泛應(yīng)用的是電子計數(shù)器。計數(shù)器測量方法是其典型的應(yīng)用。但是隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展模擬測量方法正逐漸被數(shù)字測量方法取代，數(shù)字測量方法被越來越廣泛的應(yīng)用，下面就對其進(jìn)行介紹。拍頻法、示波器法和差頻法等測量頻率的方法都是屬于此方法的測量范疇。其測量原理就是調(diào)整參數(shù)m、n使下式成立:nFx=mFo (m，n為正整數(shù)) ()則可求得Fx。前者用于低頻段，后者主要用于高頻段或微波段，隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展這種測量方法正逐漸被數(shù)字測量方法取代。其測量誤差主要來源于頻率特性式的理論誤差，各參數(shù)的測量誤差以及判斷誤差。 Fx=Ф(a,b,c…) （）式中由于a、b、c……是電路的已知參數(shù)，可根據(jù)a、b、c等的值求得Fx的值。時間/頻率測量技術(shù)按工作原理可以分為直接法和比較法兩類:1 直接法直接利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率值。目前許多非頻率量的傳感信號都要轉(zhuǎn)化為頻率信號來進(jìn)行測量。在數(shù)字化測量系統(tǒng)中對時間的測量通常都是轉(zhuǎn)化為對頻率的測量。FPGA芯片 (ACEX1K30)采用VHDL語言編程，并在QuartusⅡ設(shè)計平臺上實現(xiàn)了全部編程設(shè)計，單片機采用底層語言編程，可以精確地控制閘門的開啟和關(guān)閉，從而進(jìn)一步提高了測量精度。該測試儀系統(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(jìn)的技術(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)場可編程的芯片完美的結(jié)合起來，實現(xiàn)了對被測信號(時間/頻率)的測量。在被測信號中，較多的是模擬信號和數(shù)字開關(guān)信號，而且還經(jīng)常遇到以時間/頻率為參數(shù)的被測信號，例如通信、雷達(dá)、衛(wèi)星、導(dǎo)航及流量、轉(zhuǎn)速、晶體壓力傳感器以及經(jīng)過參變量—時間/頻率轉(zhuǎn)換后的信號等。時間繼電器智能測試儀也必將順應(yīng)這一趨勢，將朝著性價比高、通用性強、體積小、功耗低、抗干擾能力強、良好的數(shù)據(jù)處理能力、測量范圍寬、測量精度高、易于人機對話、能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制測量并且測量方法簡便以及易于升級等方向發(fā)展。目前測試儀器儀表正在完成從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變。這嚴(yán)重的制約了時間繼電器的推廣應(yīng)用，因而這就迫切的需要研究一款體積小、重量輕、操作簡單的數(shù)顯時間繼電器測試儀。雖然國內(nèi)外時間控制器起步較晚，但在時間繼電器領(lǐng)域也有了長足的發(fā)展，尤其是近幾年來隨著我國電子技術(shù)的不斷發(fā)展和國內(nèi)專用時間繼電器芯片的大量研發(fā)及應(yīng)用。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成。然而對時間繼電器計時準(zhǔn)確性的測試儀卻沒有得到同步發(fā)展，因而對時間繼電器測試儀的研究就成為一項緊迫的任務(wù)。由于其具有延時精度高、延時范圍廣、在延時過程中延時顯示直觀等諸多優(yōu)點，是傳統(tǒng)時間繼電器所不能比擬的，故在當(dāng)前自動控制領(lǐng)域里已基本取代傳統(tǒng)的時間繼電器。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 概述時間繼電器測試儀的研究畢業(yè)論文1 概述 本課題的時間繼電器測試儀的研究,用單片機作為系統(tǒng)的主要控制部件,實現(xiàn)對整個電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運算處理、鍵盤掃描和控制液晶顯示器(LCD)的顯示輸出等。選報這個課題，數(shù)字時間繼電器是自動控制系統(tǒng)中常用的一種控制電器。數(shù)顯時間繼電器是近年發(fā)展起來的新一代控制儀器，它采用八位微電腦核心芯片，為通電延時面板式繼電器，上下兩排數(shù)碼管顯示，并應(yīng)用了獨特的抗干擾技術(shù)應(yīng)用于冶金、電子、機械、紡織等需要時間控制的場合。早期在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器 ,它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。目前最常用的為大規(guī)模集成電路型的時間繼電器，它是利用阻容原理來實現(xiàn)延時動作。然而在國內(nèi)外對這些大量應(yīng)用的數(shù)顯時間繼電器的及時準(zhǔn)確性和自動測試儀的研究卻沒有得到同步發(fā)展，目前國內(nèi)外大多數(shù)使用單位仍然在大量采用傳統(tǒng)的機械式或者是模擬式時間檢測儀器來測量時間電器的計時準(zhǔn)確度，這種檢測儀體積大‘精度低‘操作復(fù)雜對測試人員要求要。測試儀的發(fā)展，最早是由機械裝置來完成測量任務(wù)的，后來發(fā)展到采用分離電子器件來完成，到現(xiàn)在已開始向著采用專用的CMOS芯片來替代，尤其近幾年可編程邏輯控制器以其通用性強、靈活性好、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)及可靠性高，被廣泛地應(yīng)用于自動控制測量儀器領(lǐng)域。正朝著數(shù)字化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方、虛擬化等向發(fā)展。隨著電子技術(shù)與計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，以單片機為核心的智能測量控制系統(tǒng)層出不窮。對于以時間/頻率為參數(shù)的被測信號，通常采用的是測頻法或測周法。由于具有編程方便、速度快、集成度高、價格低、可靠性好，從而使系統(tǒng)研制周期大大縮短，產(chǎn)品的性能價格比得到提高。1研究了時間繼電器測量的基本原理及其誤差分析；2單片機作為測試儀的主控部件實現(xiàn)了對儀器的管理、控制和顯示；3基于QuartusⅡ和VHDL語言在FPGA芯片ACEX1K上采用自上而下的數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計方法，實現(xiàn)了對時間繼電器測試儀的硬件及軟件設(shè)計； 時間/頻率的測量是電子測量領(lǐng)域的最基本的測量之一。由于頻率信號抗干擾能力強、易于傳輸、可以獲得較高的測量精度，所以對頻率測量方法的研究越來越受到重視。而常用的時間/頻率測量方法通常有以下兩類:一類是模擬測量方法，另一類是數(shù)字測量方法。在某電路中，輸入被測頻率Fx是電路和設(shè)備的已知參數(shù)a，b，c，.…，.的確定的函數(shù)關(guān)系。這種測量方法簡單，但是精度低。用這種方法測量頻率的典型方法有電橋法和諧振法。2比較法比較法通過利用標(biāo)準(zhǔn)頻率Fo和被測頻率Fx進(jìn)行比較來測量頻率Fx的。利用比較法測量的精確度取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率Fo和判斷上述等式成立的精確度。前兩種方法主要用于低頻頻率段的測量，差頻法通常用于高頻頻率段的測量。電子計數(shù)器也是一種利用比較法進(jìn)行測量的最常見最基本的數(shù)字化儀器，是其它數(shù)字化測量儀器的基礎(chǔ)，因而在時間/頻率的測量中被廣泛應(yīng)用。計數(shù)器測量方法是根據(jù)頻率的定義，記下單位時間內(nèi)周期信號重復(fù)的次數(shù)。此方法的測量精度主要取決于基準(zhǔn)時間和記數(shù)的量化誤差，本次設(shè)計就是采用的電子計數(shù)器法，下面對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。近年來在傳統(tǒng)測頻方法的基礎(chǔ)上人們又提出了等精度恒誤差測頻法。直接測頻法的原理框圖如圖11所示。閘門的開關(guān)時間由門控信號④控制。其測量電路框圖如圖12所示。在打開閘門期間，周期為To的時基信號通過閘門送到計數(shù)器計數(shù)。對于低頻信號采用測周期法，這就使得測試很不方便，因此人們近年來提出等精度恒誤差測頻法(多周期同步測頻法)。它的閘門時間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步，因此，消除了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生“177。等精度恒誤差測頻法是一種測量精度與被測信號頻率無關(guān)的測頻電路，圖13給出了該等精度恒誤差計數(shù)器的測頻原理框圖。閘門A和閘門B的開關(guān)可由單片機通過控制閘門時間預(yù)置電路和同步門控電路來完成的，從而得到完全相同的閘門開門時間。消去T有: Fx=NxFo/No （）脈沖信號閘門A可控計數(shù)器A閘門時間預(yù)置電路時基脈沖閘門B同步門控電路可控計數(shù)器B單片機被測信號FXFoT’T圖13 等精度測頻法原理框圖依據(jù)前面的時間/頻率測量原理及其誤差分析，我選擇了直接測頻方法來完成本次設(shè)計。隨著計算機技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、EDA技術(shù)的發(fā)展和可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的自下而上的數(shù)字電路設(shè)計方法、工具以及分離器件等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。本時間繼電器智能測試儀的設(shè)計就采用了自上向下的設(shè)計方法，用單片機作為系統(tǒng)的主要控制部件，實現(xiàn)對整個電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運算處理、鍵盤掃描和控制液晶顯示器的顯示輸出等。基于QuartusII，用VHDL語言編程對FPGA進(jìn)行設(shè)計、編譯、調(diào)試、仿真和下載，實現(xiàn)了測試儀的模塊化設(shè)計。在AT89552單片機控制下，當(dāng)打開閘門時，被測器件時間繼電器的信號和時間基準(zhǔn)信號被送入計數(shù)器的輸入端開始計數(shù)，當(dāng)閘門信號關(guān)閉時計數(shù)器停止計數(shù)，單片機將FPGA內(nèi)的12位十進(jìn)制計數(shù)器的計數(shù)值讀入其內(nèi)存進(jìn)行處理后，并將計數(shù)結(jié)果送LCD顯示。該系統(tǒng)除了能夠測試我單位的時間繼電器的準(zhǔn)確性外，還可以用來測試數(shù)字信號的頻率，對系統(tǒng)稍作改動還可以用于測量脈寬及占空比等。系統(tǒng)將單片機的控制靈活性及FPGA芯片 (ACEX1K30)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、降低了設(shè)計成本，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、可靠性好、精度高、易于升級等優(yōu)點。其他部分還包括時間繼電器組(可以同時最多測量8個不同規(guī)格的時間繼電器)以及測試儀虛擬顯示控制面板等組成。在啟動信號到來后，被測時間繼電器的信號和基準(zhǔn)頻率信號在單片機的控制信號的控制下進(jìn)入FPGA中的計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)束后其結(jié)果送到緩沖器，當(dāng)單片機接收到計數(shù)結(jié)束信號后到緩沖器取出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送到液晶顯示器進(jìn)行顯示輸出。測試儀虛擬顯示控制面板也可以進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程測試設(shè)置和顯示以及本地鍵盤所具有的一切控制功能。時間繼電器時間繼電器時間繼電器時間繼電器FPGALCD按鍵C P U測 試 儀 顯 示 控 制 面 板（電 腦）時間繼電器組測試儀主機系統(tǒng)圖21 時間繼電器測量儀組成框圖閘門計數(shù)器LCD門控時基模塊緩沖器接口鍵盤CPUFxFs圖22 時間繼電器測量儀總體框圖AT89552是一種高性價比的微控制器，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計需要選用了這一元器件。使用Intrel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89s52能夠為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外，AT89552可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。FPGA內(nèi)部集成了門控電路、計數(shù)電路和分頻電路等，從而完成各種測試功能。在每次鋇!量前都要對各個模塊進(jìn)行復(fù)位，從而保證在連續(xù)測量時的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的測繼電器和測頻功能是由單片機的CS0和CS1來控制的。CS0=0，CS1=1測量頻率。在進(jìn)行頻率的測量時閘門的開啟和關(guān)閉是通過鍵盤設(shè)置并由單片機進(jìn)行控制。被讀出的6組8位數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機運算處理后，通過其P2口控制的地址編碼控制數(shù)據(jù)的輸出。圖23 單片機控制電路VHDL的英文全稱是VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language。1993年被更新為IEEE標(biāo)準(zhǔn)1164。若以計算機軟件的設(shè)計與電路設(shè)計做個類比，機器碼好比晶體管/MOS管。則HDL語言就如同高級語言，VHDL在語法和風(fēng)格上類似于現(xiàn)代高級編程語言，如C語言?，F(xiàn)在VHDL被廣泛用于:電路設(shè)計的文檔記錄、設(shè)計描述的邏輯綜合、電路仿真等。先用較抽象的語言(行為/算