等精度頻率計的設計

電子機電論文編號:JD254  附開題報告,任務書,設計圖,仿真文件,外文翻譯,一稿,二稿,定稿,正文字數:17199,頁數:65

前    言
 頻率計在電子工程，資源勘探，儀器儀表等設備有條不紊地工作著，高效率地支配著系統的運行，是工程技術人員必不可少的測量工具。頻率計最重要的功能是根據基準時鐘信號實現對被測信號的頻率進行檢測。由此而延伸的頻率測量是電子測量領域里的一項重要內容。因此頻率計是工程技術工作者必須具有的測量工具，在此基礎上的等精度頻率計具有相當重要的意義。基于傳統測頻原理的頻率計將隨被測信號頻率的下降而降低，在實用中有較大的局限性，而等精度頻率計不但具有較高的測頻精度，不隨所測信號的變化而變化，而且在整個測頻區域能保持恒定的測頻精度。本課題利用EDA技術，基于CPLD芯片EPM7128設計來實現等精度頻率計測量，這使設計過程大大簡化，縮短了開發周期，減小了電路系統的體積，同時也有利于保證頻率計具有較高的精度和較好的可靠性。
 EDA(Electronic Design Automation——電子設計自動化)代表了當今電子設計技術的最新發展方向，通過VHDL硬件描述語言的設計，用CPLD來實現小型電子設備的設計，是開發儀器儀表的主流。目前發達國家在電子產品開發中EDA工具的利用中，大部分的ASIC和CPLD已采用HDL (Hardware Description Language——硬件描述語言)設計。由于VHDL已成為IEEE標準，所以目前的EDA工具可以使ASIC系統的行為、功能、算法用VHDL描述直接生成CPLD器件，使設計者將精力集中于設計構思，提高了設計效率，同時也利于設計的分解、交流和重用。
 

目    錄
第1章  緒論 1
1.1  課題分析 1
1.2  等精度頻率計的背景 1
1.3  VHDL語言和Max+Plus II環境簡介 3
1.4  課題要求 4
第2章 方案選擇及各部件的原理分析 6
2.1  總體方案比較 6
2.2  等精度頻率計的測頻原理 8
2.2.1頻率的測量原理 8
2.2.2 周期的測量原理 9
2.2.3 脈寬的測量原理 10
2.2.4 占空比的測量原理 10
2.2.5 標準頻率的發生裝置 10
2.3 系統設計方案以及主要組成部分 10
第3章 硬件部分的設計 12
3.1可編輯邏輯器件（CPLD）和AT89C51簡介 12
3.1.1  可編輯邏輯器件（CPLD）簡介 12
3.1.2  AT89C51單片機簡介 14
3.2 等精度頻率計各模塊功能及電路圖 15
3.2.1 鍵盤控制模塊功能 15
3.2.2 顯示電路模塊功能 16
3.2.3 單片機模塊功能 18
3.2.4  信號輸入放大和整形模塊及其功能 20
第4章 軟件設計 21
4.1  CPLD模塊的軟件設計 21
4.1.1 VHDL語言優點 21
4.1.2 采用VHDL語言設計系統的特點 22
4.1.3 各信號的定義、系統的總體程序及仿真波形圖 22
4.1.4 測頻和測周期的實現 25
4.1.5測量脈沖寬度和占空比模塊的設計 26
4.2  單片機模塊程序設計 28
第5章 社會效益及經濟效益分析 35
 結論 36
致謝 37
參考文獻 38
附錄Ⅰ 元器件清單 40
附錄Ⅱ 程序清單 41
附錄Ⅲ 電路原理圖 56

摘    要
 測量以頻率為參數的被測信號，通常采用的是測頻法或測周法。但是，當頻率變化較大，如范圍為100Hz～100KHz時，測頻法和測周法就存在著很大的局限性，難以實現寬頻帶、高精度的測量。所以，當要求有一種測頻方法能對頻率變化范圍較大的信號進行高精度的測量時，就必須采用等精度的測頻技術。
 等精度頻率計是一種能夠高精度地測量被測信號頻率的數字測量儀器。它被廣泛應用于航天、航空、電子、測控、自動化測量等領域。本論文利用等精度頻率測量的原理，達到設計等精度頻率計的目的。由于Altera公司生產的復雜可編程邏輯（CPLD）EPM7128具有定時精確及速度快等特點；同時，因為涉及到的倒數運算（頻率與周期互為倒數關系），在單片機AT89C51上運算會非常簡單方便。所以，硬件方面主要由以上兩部分組成。軟件方面，用VHDL語言編程在MAX+PLUSII中完成CPLD的軟件設計、編譯、調試、仿真以及下載；其中，單片機AT89C51是系統的主控部件。
 系統中，采用十進制數字顯示，實現測量正弦信號，方波信號，尖脈沖信號的頻率、周期等的基本功能， CPLD與單片機相互結合、取長補短，以達到最佳的效果。
 
關鍵詞：等精度頻率計  CPLD/FPGA  VHDL  顯示電路

Abstract
 With regard to the parameters measured frequency signal，the commonly used method is measuring the frequency of weeks or measurement. However, when the frequency of large changes, such as the range of 100 Hz ~ 100KHz, measuring frequency and method of measurement on the week there is a lot of limitations, difficult to achieve wide-band, high-precision measurements. So, when requires a method of measuring frequency to frequency changes in the scope of the larger signal of the high-precision measurement, it must be used, such as precision of measuring frequency technology.
   The accuracy of the same frequency is a high-precision measurement can be measured the number of signal frequency measuring instruments. It has been widely used in aerospace, aviation, electronics, monitoring and control, automated measurement, and other fields. In this paper, such as use of precision measuring frequency of the principle, to meet the design, and other precision frequency of Objective: Altera Corporation production due to the complex programmable logic (CPLD) EPM7128 with speed and precision timing, and other characteristics at the same time, because of the need to involve the countdown Computing (frequency and cycle countdown relationship to each other), and SCM AT89C51 numerical computing in a very easy and convenient. Therefore, the main hardware from the above two parts. Software, using VHDL language programming in MAX + PLUSII CPLD completed by the middle of the software design, build, debug, simulation and download; compilation of language used in the simulator-fu (wave), the entire circuit test signal control, data operations With the keyboard scanning and digital control of the simulation, including SCM AT89C51 is the main control system components.
   System, using decimal figures show that the realization of measurement sine wave, square-wave signals, a sharp pulse of the frequency of the cycle, and other basic functions, CPLD and SCM integration, learning from, so as to achieve the best results.

Keywords：Equal precision frequency meters  CPLD  VHDL  The show circuit