【正文】 大減輕了電路圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)的工作量和難度，從而有效的增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性，提高了工作效率。利用EDA工具，采用可編程器件，通過設(shè)計(jì)芯片來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，這種方法稱為基于芯片的設(shè)計(jì)方法。從概念上講，凡是利用數(shù)字技術(shù)處理和傳輸信息的電子系統(tǒng)都可以稱為數(shù)字系統(tǒng)。設(shè)Fx為整形后的被測信號頻率，F(xiàn)s為基準(zhǔn)信號頻率，設(shè)在一次預(yù)置門時(shí)間Tpr中對被測信號的計(jì)數(shù)值為Nx，對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的計(jì)數(shù)值為Ns，則有下式成立： (23)不難得到測得的頻率為： (24)最后通過控制SEL選擇信號和64位至8位的多路選擇器MUX648，將計(jì)數(shù)器BZH和TF中的兩個(gè)32位數(shù)據(jù)分8次讀入單片機(jī)并按式（24）進(jìn)行計(jì)算和結(jié)果的顯示。在此期間，BZH和TF分別對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(頻率為Fs)和被測信號（頻率為Fx）同時(shí)計(jì)數(shù)。這是一個(gè)初始化操作。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從BZH的時(shí)鐘輸入端BCLK輸入，設(shè)其頻率為Fs；經(jīng)整形后的被測信號從與BZH相似的32位計(jì)數(shù)器TF的時(shí)鐘輸入端TCLK輸入，設(shè)其真實(shí)頻率為Fxe,被測頻率為Fx。 等精度測頻原理圖 等精度頻率計(jì)測頻波形時(shí)序圖當(dāng)方波預(yù)置門控信號CL可由單片機(jī)發(fā)出，CL的時(shí)間寬度對測頻精度影響較小，在此設(shè)其寬度為Tpr。本課題測頻原理為等精度測頻原理[5]，下面就等精度測頻原理進(jìn)行具體敘述。設(shè)T為被測周期，Ts為時(shí)標(biāo)，在Tx時(shí)間計(jì)數(shù)值為N，可以根據(jù)以下公式來算得被測信號周期： (22)此種方法，被測信號頻率越高，測量誤差越大?？梢园杨l率測量范圍分為多個(gè)頻段，使用倍頻技術(shù)，根據(jù)頻段設(shè)置倍頻系數(shù)將經(jīng)整形的低頻信號進(jìn)行倍頻后進(jìn)行測量，高頻段則進(jìn)行直接測量。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。⑵ 組合法直接測量周期法在低頻段精度高。設(shè)計(jì)數(shù)器的值為N，由頻率定義可以計(jì)算得到被測信號頻率為： （21）經(jīng)分析，此種測量在低頻段的相對測量誤差較大。 本文分6章介紹了基于FPGA和單片機(jī)的等精度數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法、開發(fā)步驟，并且對頻率計(jì)的測量結(jié)果和實(shí)際輸入頻率進(jìn)行比較，分析了本設(shè)計(jì)影響測量精度的主要因素。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)，F(xiàn)PGA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。在FPGA和單片機(jī)的基礎(chǔ)上采用等精度的測量方法，實(shí)現(xiàn)了高精度的頻率、周期、脈寬和占空比的測量。本設(shè)計(jì)的主要工作包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：⑴ 簡述了當(dāng)今頻率計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r，對幾種常用的測頻方法進(jìn)行了介紹和對比。等精度測量方法不但具有較高的精度，而且在整個(gè)頻率域保持恒定的測量精度。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)。 論文所做的工作與研究內(nèi)容隨著EDA（Electronics Design Automation）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(jì)方法、工具、器件已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。掉電后，F(xiàn)PGA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。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代頻率計(jì)的設(shè)計(jì)多采用基于FPGA芯片的方法來實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)，即通過VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)硬件描述語言的設(shè)計(jì)，用FPGA來實(shí)現(xiàn)。以MSC51系列單片機(jī)為核心的頻率計(jì)設(shè)計(jì)，較分離元件搭接而成的頻率計(jì)改善了性能、提高了可靠性，并可以采用軟件實(shí)現(xiàn)各種頻率測量方法[3]。 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)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]。此外，系統(tǒng)芯片（SCO）的發(fā)展也要求其包含頻率測量的功能，所以用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)芯片的前提條件。隨著新型可編程邏輯器件FPGA技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)⒋罅康倪壿嫻δ芗稍趩蝹€(gè)器件中，F(xiàn)PGA根據(jù)不同的需要所提供的門數(shù)可以從幾百萬到上百萬門，從根本上解決了單片機(jī)的先天性不足。傳統(tǒng)的數(shù)字頻率計(jì)一般由分離元件搭接而成，其測量范圍、測量精度和測量速度都受到很大的限制。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。 Cymometer。 AT89C51 flexible software programming in C language accessibility. The design which binated AT89C51 control flexibility and FPGA Field Programmable Phase not only greatly shortens the development cycle time, but also makes the system have the advantages of pact, small size, high reliability, Measuring frequency range, the higher precision.Key words: EDA technology。 a field programmable logic device FPGA and chip FLEX EPF10K20RC2084 pleted logic controling and counting function.This paper discusses in detail the accuracy of the figures such as the frequency in frequency measurement principle, hardware circuit ponents, design and microcontroller software design. Circuit includes hardware keyboard control module, module and measurement module keyboard module of six keys choice, it not only pletes the functional test frequency but also pletes the cycle, pulse width, duty cycle measurement function of choice。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)。本文詳細(xì)論述了等精度數(shù)字頻率計(jì)的測頻原理、硬件電路的組成、設(shè)計(jì)和單片機(jī)軟件編程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的誤差分析。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目：基于單片機(jī)與FPGA的等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)單片機(jī)部分71內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）基于單片機(jī)與FPGA的等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)單片機(jī)部分摘 要本設(shè)計(jì)課題為基于單片機(jī)與FPGA的等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的信號控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理等功能；一片現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA芯片F(xiàn)LEX EPF10K20RC2084完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能。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。關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)；單片機(jī)；頻率計(jì)；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）Based on the MCU and FPGA such as the frequency accuracy of design SCM part AbstractThe design issues for the frequency of such as the frequency accuracy of design which based on the MCU and FPGA. In the design AT89C51 as a main ponent, pleted the whole circuit’ s signal control, the data processing functions and so on。 Module static display mode made the circuit simple, and convention to show。 Microcontroller。 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）目 錄摘 要 IAbstract 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 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 硬件電路的VHDL語言描述 28 D觸發(fā)器 28 32位計(jì)數(shù)器 30 MUX648多路選擇器 31 MUX21選擇器 31 時(shí)鐘發(fā)生器 32 單片機(jī)主控電路 32第五章 軟件設(shè)計(jì) 34 單片機(jī)主程序 34 復(fù)位自檢程序 35 鍵盤程序 36 測頻子程序 37 測周期子程序 38 測脈寬子程序 38 占空比子程序 38 顯示子程序 39第六章 系統(tǒng)性能分析 40 占空比子程序 40 低端頻率 40 高端頻率 40 頻率測量精度分析 41結(jié)論 43參考文獻(xiàn) 44附錄A 系統(tǒng)原理圖 45附錄B AT89C51單片機(jī)內(nèi)部框圖 46附錄C 硬件電路的VHDL描述 47附錄D 單片機(jī)C語言程序清單 54致謝 67內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 引言 研究背景與意義隨著科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，以單片機(jī)作為核心的測量控制系統(tǒng)層出不窮。頻率信號抗干擾性強(qiáng)，易于傳輸，可以獲得較高的測量精度，所以研究測頻方法是電子測量領(lǐng)域的重要內(nèi)容。雖然單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用改善了這一缺陷，但由于單片機(jī)本身也受到工作頻率及內(nèi)部計(jì)數(shù)器位數(shù)等因素的限制，所以無法在此領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展。本課題所設(shè)計(jì)的等精度數(shù)字頻率計(jì)不但集成度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往的數(shù)字頻率計(jì)，而且在標(biāo)準(zhǔn)頻率等外部條件的允許下，可以根據(jù)不同場合的精度要求，對硬件描述語言進(jìn)行一定的改動(dòng)，使系統(tǒng)在精度提高的同時(shí)，而不增加系統(tǒng)硬件，從而降低系統(tǒng)的整體造價(jià)。該數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)應(yīng)用計(jì)數(shù)器法，基于上述優(yōu)勢開發(fā)的頻率計(jì)具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。MSC51系列單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量、控制和智能化儀器、儀表等領(lǐng)域。但由于受到單片機(jī)本身特性的影響，其晶振最大只能為24MHz，以單片機(jī)為核心的頻率計(jì)的測頻范圍及精度受到很大的制約。FPGA(Field Programmable Gate Array)即現(xiàn)場可編程邏輯器件是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，培植完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只需使用通用的EPROM、PROM編程器即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。同時(shí)EDA開發(fā)工具的通用性、設(shè)計(jì)語言（本設(shè)計(jì)為VHDL）的標(biāo)準(zhǔn)化以及設(shè)計(jì)過程幾乎與所用器件的硬件結(jié)構(gòu)無關(guān)，所以設(shè)計(jì)成功的各類邏輯功能塊軟件有很好的兼容性和可移植性，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成十分復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；贓DA技術(shù)正在承擔(dān)起越來越多的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。該頻率計(jì)依照等精度的測量原理，克服了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)器測頻原理隨被測信號頻率下降而降低的缺點(diǎn)。該頻率計(jì)利用FPGA來實(shí)現(xiàn)對頻率、周期、脈寬、占空比的測量計(jì)數(shù)，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)的顯示、數(shù)據(jù)運(yùn)算及數(shù)制轉(zhuǎn)換等功能。⑵ 詳細(xì)地論述了等精度頻率計(jì)的測頻原理。⑶ 采用MSC51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對功能鍵的控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算、碼制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示等功能。⑸