【正文】 量化誤差,從而使測量精度受到很大影響,有時甚至?xí)斐?00%的誤差。數(shù)字式測頻的方法比較多,如直接法、直接與間接測量結(jié)合法、鎖相法等等。在生產(chǎn)過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。個字的量化誤差。以上只是對現(xiàn)存的幾種主要的測頻方法的概述，很顯然從以上的分析中知道：不同的測頻方法在不同的應(yīng)用條件下都具有一定的優(yōu)勢和劣勢，具體設(shè)計中采用哪種測頻方法，要結(jié)合工程實際綜合考慮。而頻率東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒論測量所能達到的精度，主要取決于作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源的精度以及所使用的測量設(shè)備和測量方法。但是仍然存在著時標(biāo)不穩(wěn)而引入的誤差和一定的觸發(fā)誤差。但用這種方法來提高測量精度是有限的，頻差倍增—多周期法是一種頻差倍增法和差拍法相結(jié)合的測量方法。頻率誤差倍增法可以減小計數(shù)器的177。內(nèi)插法和游標(biāo)法都是采用模擬的方法，雖然精度提高了，但是電路設(shè)計卻很復(fù)雜；時間電壓變化法是利用電容的充放電時間進行測量，由于經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，速度較慢，且抗干擾能力較弱。 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況目前國內(nèi)外使用的測頻的方法有很多，有直接測頻法、內(nèi)插法、游標(biāo)法、時間電壓變化法、多周期同步法、頻率倍增法、頻差倍增法以及相位比較法等等。在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進行校準(zhǔn)。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測試中[1]。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。頻率計又稱為頻率計數(shù)器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。關(guān)鍵詞：等精度，數(shù)字頻率計，AT89C51，CPLD III 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract Design of Equal Precision Frequency Meter Based on Microcontroller and CPLD AbstractDigital frequency meter is used to realize the frequency measurement of the periodic signals,which is the essential equipment in research and production areas such as puters,munication equipments,audios and videos and so on. It is one kind of digital measuring instruments using decimal numbers to show the frequency results and its basic function is to measure the sinusoidal signal,square wave signal,and other physical quantities. Currently,there are many frequency meter products on the market,using dedicated count chips and digital circuits,the frequency of the chips themselves are not high,thus limiting the improvement of the operating frequency,far from the requirements of measuring high frequency,besides,accuracy are greatly limited by the chip itself. To solve the above problems existed in conventional frequency meter,the system uses equal precision measurement method which can eliminate the quantization of MCU and CPLD,the system has solved frequency measurement limit generated by using the same time,using MCU has developed humanputer interface very well.The system is based on AT89C51 microcontroller and MAX II series chip part is written in assembly language,responsible for the functions selection,timing,CPLD counting control of frequency meter。本系統(tǒng)測量對象為方波、三角波、正弦波等等。采用單片機與CPLD結(jié)合的方式，解決了單片機測頻范圍限制的問題，同時利用單片機很好地開發(fā)了人機界面。針對以上傳統(tǒng)頻率計存在的問題，本系統(tǒng)采用等精度測量方法，消除了被測信號產(chǎn)生的177。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分：題目：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設(shè)計或論文專題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計（論文）題目日期　　　　　　　　　　　　　第　1　周指導(dǎo)教師簽字：2011年　3　月　5　日 I 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要基于單片機與CPLD的等精度數(shù)字頻率計設(shè)計摘要數(shù)字頻率計是采用數(shù)字電路制成的實現(xiàn)對周期性變化信號的頻率的測量,是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。(3)CPLD部分Verilog HDL代碼編寫與測試、仿真。(2) 單片機匯編語言編寫、調(diào)試與仿真測試。基于單片機與CPLD的等精度數(shù)字頻率計設(shè)計作 者 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 單 位 名 稱： 專 業(yè) 名 稱： Design of Equal Precision Frequency MeterBased on Microcontroller and CPLD by Wang Xueliang Supervisor: Associate Professor Li Jinghong 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于單片機與CPLD的等精度數(shù)字頻率計設(shè)計設(shè)計(論文)的基本內(nèi)容：(1)電路設(shè)計。包括待測信號的前端放大與整形電路設(shè)計、單片機主模塊電路設(shè)計、單片機外圍電路設(shè)計等。在Keil μvision 2下完成編寫與調(diào)試，部分模塊采用Keil μvision 2 與Proteus聯(lián)合調(diào)試的方法。此部分在Quartus II ，并通過ModelsimAltera 。它是一種用十進制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。目前市場上的頻率計產(chǎn)品很多,但基本上都是采用專用計數(shù)芯片和數(shù)字邏輯電路組成，由于這些芯片本身的工作頻率不高,從而限制了產(chǎn)品的工作頻率的提高, 遠不能達到在一些特殊的場合需要測量很高的頻率的要求，而且測量精度也受到芯片本身極大的限制。1個字的量化誤差。本系統(tǒng)基于單片機AT89C51和MAX II系列芯片EPM240T100C5，單片機部分采用匯編語言編寫，負責(zé)頻率計功能選擇、定時、計數(shù)控制等；CPLD部分采用Verilog HDL語言編寫，根據(jù)控制信號不同進行計數(shù)，并且輸出計數(shù)值到單片機接口中。通過Proteus仿真軟件測試，單片機部分很好地完成了預(yù)期設(shè)計，在Quartus II ，完成了CPLD部分的軟件設(shè)計、編譯、調(diào)試和仿真，初步達到了預(yù)期目標(biāo)。CPLD part is written in Verilog HDL language and counts according to different control signals transfered from MCU part,finally,CPLD part will output the count result to the MCU measured objects of the system are square wave,triangel wave,sine wave,etc.,input signal is shaped after amplifying,measurement ranges from to 50MHz.The MCU part has reached the expected results by using Proteus simulation tool,besides,in the Quartus II platform,after codes design,pilation,debugging and simulation,CPLD part has also achieved the expected goals.Key words： Equal Precision, Frequency Meter, AT89C51, CPLD 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目錄畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 I摘要 IIAbstract III目錄 IV第一章 緒論 1 1 頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況 1 2 2第二章 系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)理論及知識 4 常用的數(shù)字頻率測量方法 4 直接測頻法 4 等精度測頻法 5 單片機模塊理論及知識 7 8051系列單片機簡介 7 AT89C51功能及引腳概述 8 Keil μvision 2軟件介紹 9 Proteus軟件介紹 10 FPGA/CPLD模塊概述 11 Quartus II 概述 13 Verilog HDL 硬件描述語言 14 本章小結(jié) 17第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 18 系統(tǒng)頂層電路設(shè)計 18 前端信號處理模塊設(shè)計 18 放大與整形電路設(shè)計與仿真 18 單片機部分電路設(shè)計 19 單片機主控模塊設(shè)計 20 單片機外圍電路設(shè)計 21 CPLD部分電路設(shè)計 2測脈寬的實現(xiàn) 26 26 27 27 本章小結(jié) 28第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與仿真 29 軟件總體設(shè)計 29 系統(tǒng)單片機部分仿真結(jié)果及分析 30 單片機主程序單片機主程序 30 頻率、周期及脈寬、占空比測量 33 鍵盤掃描、數(shù)據(jù)顯示、計數(shù)值計算子程序 34 系統(tǒng)CPLD部分仿真結(jié)果及分析 43 用Verilog HDL設(shè)計的頻率計數(shù)器的時序仿真與分析 44 用Verilog HDL 語言設(shè)計的脈寬計數(shù)器的仿真與分析 44 本章小結(jié) 45第五章 實驗測試及誤差分析 46 測頻精度分析 46 測試誤差分析 47 本章小結(jié) 47第六章 結(jié)束語 48 工作總結(jié) 48 展望 48參考文獻 49致謝 51 V 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒論 3 第一章 緒論本章首先引出了頻率計概述，接著介紹了頻率計發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況、本課題的研究背景及主要研究意義，最后說明了本課題的主要內(nèi)容。在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。正是由于頻率計能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進行校準(zhǔn)，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調(diào)制信號進行分析。直接測頻的方法較簡單，但精度不高。多周期同步法是精度較高的一種。1個字的誤差，提高測量精度。這種方法是將被測信號和參考信號經(jīng)經(jīng)頻差倍增使被測信號的相位起伏擴大，在通過混頻器獲得差拍信號，用電子計數(shù)器在低頻下進行多周期測量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時間情況下，得到比測頻法更高的系統(tǒng)分辨率和測量精度。由于社會發(fā)展和科技發(fā)展的需要，對信息傳輸和處理的要求不斷提高，對頻率的測量精度也提出了更高的要求，需要更高準(zhǔn)確度的時頻基準(zhǔn)和更精密的測量技術(shù)。當(dāng)然，隨著計算機軟硬件技術(shù)的相繼發(fā)展，針對每種測頻方法的具體實現(xiàn)方式也各有千秋[2,3]。本系統(tǒng)采用等精度測頻法，消除了被測信號產(chǎn)生的177。在電子測量領(lǐng)域中，頻率測量的精確度是最高的。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計[4]。前2種測量方法均是基于主閘門與計數(shù)器的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)測量的,它們在一定程度上存在著不足。直接與間接測量結(jié)合法雖然在測量精度上比直接法有所改善,但是從根本上來說沒有解決量化誤差的問題,且結(jié)構(gòu)也更為繁瑣?；趩纹瑱C與CPLD的等精度數(shù)字頻率計設(shè)計，測量對象為周期性的正弦波、方波、三角波等等，本系統(tǒng)采用多周期同步測量法進行等精度測頻、測周期、測脈寬和占空比，能夠解決傳統(tǒng)測量法量化誤差的問題。通過本系統(tǒng)的研究，可以熟悉可編程邏輯器件開發(fā)原理及步驟以及基于Quartus II和Verilog的