[摘要]随着电子技术的发展,对电信号的测量精度要求越来越高,大部分多功能频率计均采用普通门电路或可编程逻辑器件PLD作为信号处理系统的控制核心,存在结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端。采用单片机技术结合外围电路设计的“多功能数字频率计”可较好的解决这个问题。该系统以C8051F系列单片机为控制核心,利用硬件描述语言(Verilog HDL)在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)上编程实现的数字式多功能计数器。设计中采用模块化设计方法,适当的放大和整形,提高测量频率的范围。由单片机控制LCD液晶显示数据。该计数器能够接收函数信号发生器(Function signal generator)产生的任意信号,实现周期测量、频率测量和时间间隔测量,具有较高的测量精度。
[关键词]C8051FVerilogHDLFPGA放大整形LCD显示
中图分类号:TM-9文献标识近年来频率测量仪器广泛的应用与学校,科研院所以及晶体活晶体振荡器等需求量大和要求高精度的行业,有些频率计采用数字逻辑电路制作,用集成电路焊接实现。体积大,功耗大,焊点和线路较多将使产品稳定度与精确度大大降低,成本高。这里介绍的计数器设计精良,操作简便,稳定度精确度高,LCD液晶显示数据,且能够随时可以记忆10个测量的历史数据进行查看,具有能够显示被测信号的峰值;成本低。
一、系统模块
系统可以分测量部分和单片机控制部分。测量部分包括:频率测量模块,周期测量模块,时间间隔测量模块。单片机控制部分包括:键盘控制模块,显示模块。系统基本框图如图1.1所示:
(1)频率(周期)测量:选用等精度测频法;(2)时间间隔测量:用FPGA编程捕捉时沿测量;(3)显示电路:用LCD液晶显示。
图1.1系统基本框图
二、系统的硬件设计与实现
(一)系统硬件主要单元电路设计
1.输入信号整形电路
图2.1输入信号整形电路结构图
2.键盘电路
采用4*4键盘行列式扫描,其原理图如图2.2。
三、系统的软件设计
FPGA的内部逻辑用Verilog语言编程。C8051单片机程序用C语言编写,在keil UVsion2环境下编译,其主要功能是控制频率计的操作,处理键盘输入,控制液晶显示等。
1.频率测量程序流程图如图3.1所示。
图2.24*4键盘原理图
图3.1频率测量程序流程图
四、系统实现的功能
设计制作的简易多功能计数器能够接收函数信号发生器产生的信号,实现周期测量、频率测量和时间间隔测量的功能;可以用键盘选择上述三种功能之一;周期、时间间隔测量:0.1mS～1S,误差≤1%;频率测量:1Hz～200kHz,误差≤1%;能够显示至少6位数码;自制计数器的电源。可以记忆10个测量的历史数据,且能够随时查看;能够显示被测信号的峰值。
参考文献:
[1]潘松、黄计业,EDA技术实用教程,北京:科学出版社,2002.
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[5]路勇,电子电路实验及仿真,北京交通大学出版社.
作者简介:
杨东芳,女,山东东营人,实验师,主要从事电子技术和实验室建设与管理工作。码:A文章编号:1671-7597(2009)1210047-01