一種基于單片機和fpga的多功能計數(shù)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種計數(shù)器，尤其涉及一種基于單片機和FPGA的多功能計數(shù)器， 屬于測量控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對電信號的測量精度要求越來越高，大部分計數(shù)器均 采用普通門電路或可編程邏輯器件PLD作為信號處理系統(tǒng)的控制核心，其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 穩(wěn)定性差、量程小、精度不高等弊端；雖然使用邏輯分析儀可以很好地測量這些參數(shù)，但其 價格昂貴。
[0003]目前常見的計數(shù)器主要采用閘門計數(shù)法或者測周期法，其中閘門計數(shù)法是在閘門 時間內(nèi)，利用計數(shù)器記錄待測信號通過整形后的脈沖數(shù)，對低頻信號的測量精度很低，較適 合于高頻信號的測量；而測周期法以待測信號為門限，用計數(shù)器記錄在此門限內(nèi)的高頻標(biāo) 準(zhǔn)時鐘脈沖數(shù)，適用于低頻信號的測量，高頻信號測量精度較低；即無論是閘門計數(shù)法還是 測周期法，其測量精度都會隨著待測信號頻率的高低起伏很大。因而研究寬頻段、高精度、 多功能的計數(shù)器成為亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有方法的局限性，本實用新型提供一種基于單片機和FPGA的多功能計數(shù) 器，具有成本低、測量精度高、測量范圍寬、功能齊備、控制靈活、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
[0005] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于單片機和FPGA的多 功能計數(shù)器，其由AT89S52單片機、EP2C50-FPGA、鍵盤、IXD及計數(shù)器前級電路組成，其特征 在于：所述單片機、鍵盤、LCD、外圍設(shè)備通過I/O與FPGA相連；所述計數(shù)器前級電路包括幅 度測量電路、頻率測量電路和相位測量電路。
[0006]上述單片機采用總線控制模式實現(xiàn)對鍵盤、IXD及外圍設(shè)備的控制訪問。
[0007] 上述FPGA內(nèi)部功能電路是多功能計數(shù)器測量的核心電路，包括A/D采樣控制、高 頻計數(shù)器、低頻計數(shù)器及相位測量，實現(xiàn)對信號幅度、頻率及相位的測量。
[0008]上述幅度測量電路由峰值檢波和A/D轉(zhuǎn)換器組成，根據(jù)采樣計算得到待測信號的 幅度。
[0009]上述頻率測量電路由射極跟隨器、THS7001程控放大器、AD811放大電路、比較器 MAX913和LM311組成，采用等精度測頻法測量得到待測信號的頻率，并根據(jù)頻率計算得到 其周期。
[0010] 上述相位測量電路由0PA2132放大器和TLC372雙路比較器組成，通過計數(shù)法測量 得到待測信號的相位差。
[0011] 本實用新型采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下有益效果：一種基于單片機和FPGA 的多功能計數(shù)器，采用等精度測量法可實現(xiàn)對有效值為〇. 010V~5. 656V，頻率為10Hz~ 40MHz的信號的頻率和周期的測量，基于計數(shù)法可實現(xiàn)對有效值為17. 675mV~7. 07V，頻率 范圍為10Hz~lOOKHz的信號的相位差的測量；本實用新型基于單片機和FPGA，具有成本 低、測量精度高、測量范圍寬、功能齊備、控制靈活、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，可廣泛推廣使用。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)框圖。
[0013] 圖2是本實用新型中等精度測頻法的測量原理時序圖。
[0014] 圖3是本實用新型中計數(shù)法測量相位差的原理時序圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步詳細說明。
[0016] 參照圖1，本實用新型設(shè)計了一種基于單片機和FPGA的多功能計數(shù)器，其由 AT89S52單片機、EP2C50-FPGA、鍵盤、IXD及計數(shù)器前級電路組成；所述單片機、鍵盤、IXD、 外圍設(shè)備通過I/O與FPGA相連；所述計數(shù)器前級電路包括幅度測量電路、頻率測量電路和 相位測量電路。
[0017] 單片機采用總線控制模式實現(xiàn)對鍵盤、LCD及外圍設(shè)備的控制訪問。
[0018]FPGA內(nèi)部功能電路是多功能計數(shù)器測量的核心電路，包括A/D采樣控制、高頻計 數(shù)器、低頻計數(shù)器及相位測量，實現(xiàn)對信號幅度、頻率及相位的測量。
[0019] 幅度測量電路由峰值檢波和A/D轉(zhuǎn)換器組成，根據(jù)采樣計算得到待測信號的幅 度。
[0020] 頻率測量電路由射極跟隨器、THS7001程控放大器、AD811放大電路、比較器 MAX913和LM311組成，采用等精度測頻法測量得到待測信號的頻率，并根據(jù)頻率計算得到 其周期。
[0021] 相位測量電路由0PA2132放大器和TLC372雙路比較器組成，通過計數(shù)法測量得到 待測信號的相位差。
[0022] 圖2給出了等精度測頻法的測量原理時序圖，其精確門限由被測信號和預(yù)置門控 制共同控制，測量精度與被測信號的頻率無關(guān)，只與基準(zhǔn)信號的頻率和穩(wěn)定度有關(guān)，因此可 以保證在整個測量頻段內(nèi)測量精度不變；同時使用兩個計數(shù)器A和B對待測信號頻率Fx和 頻標(biāo)信號頻率Fm在設(shè)定的精確門內(nèi)進行計數(shù)，精確門與預(yù)置門的門限時間相同，F(xiàn)x的上升 沿觸發(fā)精確門。用兩個計數(shù)器分別在精確門內(nèi)對Fx和Fm計數(shù)得數(shù)值分別為M和N，則待測 信號的頻率為
[0023] 圖3給出了計數(shù)法測量相位差的原理時序圖，測量一個異或脈沖周期內(nèi)與高電平 時間內(nèi)的基準(zhǔn)源脈沖數(shù)分別為N1和N2,則信號的相位差為
【主權(quán)項】
1. 一種基于單片機和FPGA的多功能計數(shù)器，其由AT89S52單片機、EP2C50-FPGA、鍵盤、IXD及計數(shù)器前級電路組成，其特征在于：所述單片機、鍵盤、IXD、外圍設(shè)備通過I/O與FPGA 相連；所述計數(shù)器前級電路包括幅度測量電路、頻率測量電路和相位測量電路。
【專利摘要】一種基于單片機和FPGA的多功能計數(shù)器，其由AT89S52單片機、EP2C50-FPGA、鍵盤、LCD及計數(shù)器前級電路組成，所述單片機、鍵盤、LCD、外圍設(shè)備通過I/O與FPGA相連；所述計數(shù)器前級電路包括幅度測量電路、頻率測量電路和相位測量電路。本實用新型基于單片機和FPGA，具有成本低、測量精度高、測量范圍寬、功能齊備、控制靈活、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，可廣泛推廣使用。
【IPC分類】G01R23/02, G01R29/00, G01R25/00
【公開號】CN204740295
【申請?zhí)枴緾N201520268588
【發(fā)明人】周林
【申請人】周林
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年4月29日