基于CPLD與51單片機的數(shù)字頻率計的設(shè)計(參考)

基于CPLD與51單片機的數(shù)字頻率計的設(shè)計組員：趙聰（2012128089）關(guān)珊珊（2012128022）謝葉青（2012128068）成民民（2012128011）劉慧（2012128040）馬商牟司（2012128044）班級：1211電子信息工程指導(dǎo)老師：張靜目錄一、背景二、總體方案設(shè)計與分析三、模塊電路設(shè)計四、軟件設(shè)計五、性能測試和實物演示一、背景

數(shù)字頻率計是通信設(shè)備、視、音頻等科研項目生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的重要測量儀器?；趥鹘y(tǒng)頻率測量原理的頻率計的測量精度將隨被測頻率信號頻率的下降而下降，在實際應(yīng)用中有較大的局限性。如果要求只使用一種測量方法而對整個頻率范圍內(nèi)的頻率信號的測量都能達到同樣的精度，就只能采用等精度頻率測量方法。而基于CPLD與51單片機的數(shù)字頻率計不但能在整個頻率測量區(qū)域內(nèi)保持恒定的頻率測量精度，且具有較高的頻率測量精度。因此，等精度頻率測量技術(shù)在現(xiàn)實的應(yīng)用非常廣泛。二、總體方案設(shè)計與分析2.1測頻原理分析2.1.1頻率測量方案方案一：周期頻率測量法。這種頻率測量方法需要有標(biāo)準(zhǔn)的頻率信號，在待測信號的一個周期內(nèi)，對提供的標(biāo)準(zhǔn)信號進行周期計數(shù)。這種方法的計數(shù)值會產(chǎn)生最大為±1個脈沖誤差，并且測試精度與計數(shù)器中記錄的數(shù)值有關(guān)，為了保證頻率的測量精度，周期測量法僅適用于頻率較低的待測信號的頻率測量。方案二：等精度頻率測量法，測量的精度保持一個定值，不隨所測信號頻率的變化而變化。在快速測量的要求下，如果要得到較高的頻率測量精度，那么必須采用較高頻率的標(biāo)準(zhǔn)信號。由于單片機本身時鐘頻率不高，同時受到若干指令運算的限制，測頻速度較慢，無法滿足高精度、高速的測頻要求；而采用集成度高、速度快的現(xiàn)場可編程門陣列CPLD能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高速的頻率測量。

方案三：直接頻率測量法。直接率測量的方法就是在確定的單位時間內(nèi)，檢測被測信號的脈沖數(shù)。由于設(shè)置的單位時間通常不是被測頻率信號的周期的整數(shù)倍數(shù)，這種測量方法的脈沖計數(shù)也會產(chǎn)生最大為±1個脈沖誤差。當(dāng)我們進一步分析測量誤差：設(shè)待測信號脈沖周期為,頻率為，當(dāng)測量時間為時，測量準(zhǔn)確度為，由上面的推導(dǎo)可知直接頻率測量的準(zhǔn)確度與被測信號的頻率有關(guān)：當(dāng)被測信號的頻率越高則測量精度也就越高，反之頻率的測量精度也越低。因此直接頻率測量的方法一般只適合測量頻率較高的被測信號，不能滿足在整個頻率段內(nèi)測量精度保持不變的要求。2.1.2基于CPLD與51單片機的數(shù)字頻率計原理

其測頻原理說明圖如下圖所示：圖2.1等精度測頻測量原理波形圖圖2.2等精度測頻實現(xiàn)原理圖2.2數(shù)字頻率計的系統(tǒng)設(shè)計

由于單片機的運算能力強，速度較慢，CPLD的速度快但是運算能力有限，故本設(shè)計采用CPLD與單片機組合的測量方法，本設(shè)計主要包括CPLD測頻部分，單片機數(shù)據(jù)處理以及LED顯示部分,整體機構(gòu)框圖如下圖。圖2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、模塊電路設(shè)計3.1電源部分電路

通過MINIUSB口輸入5V電壓一路直接給單片機的需要5V的電路供電。另外，在5V輸出端引出一路通過AMS1117降壓穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換，得到3.3V電壓輸出，供CPLD和液晶模塊使用。3.2按鍵檢測及蜂鳴器電路

這部分主要有兩塊：一個是按鍵模塊，另一個是蜂鳴器驅(qū)動模塊。通過按鍵的識別來處理頻率測量，占空比測量或者周期測量，蜂鳴器鳴響作為按鍵按下提示。圖3.2按鍵識別與蜂鳴器驅(qū)動部分電路圖3.3單片機最小系統(tǒng)

本電路是系統(tǒng)中央控制部分，實現(xiàn)對按鍵的識別，控制液晶顯示，以及控制和采集得到CPLD的數(shù)據(jù)。圖3.3單片機最小系統(tǒng)3.4CPLD測頻模塊

CPLD部分主要是