基于CPLD与51单片机的数字频率计的设计(参考)要点.ppt

基于CPLD与51单片机的数字频率计的设计 组 员：赵聪（2012128089） 关珊珊（2012128022） 谢叶青（2012128068） 成民民（2012128011） 刘慧（2012128040） 马商牟司（2012128044） 班 级：1211电子信息工程 指导老师：张 静 目录 一、背景 二、总体方案设计与分析 三、模块电路设计 四、软件设计 五、性能测试和实物演示 一、背景 数字频率计是通信设备、视、音频等科研项目生产领域不可缺少的重要测量仪器。基于传统频率测量原理的频率计的测量精度将随被测频率信号频率的下降而下降，在实际应用中有较大的局限性。如果要求只使用一种测量方法而对整个频率范围内的频率信号的测量都能达到同样的精度，就只能采用等精度频率测量方法。而基于CPLD与51单片机的数字频率计不但能在整个频率测量区域内保持恒定的频率测量精度，且具有较高的频率测量精度。因此，等精度频率测量技术在现实的应用非常广泛。 二、总体方案设计与分析 2.1 测频原理分析 2.1.1频率测量方案 方案一：周期频率测量法。这种频率测量方法需要有标准的频率信号，在待测信号的一个周期内，对提供的标准信号进行周期计数。这种方法的计数值会产生最大为±1个脉冲误差，并且测试精度与计数器中记录的数值有关，为了保证频率的测量精度，周期测量法仅适用于频率较低的待测信号的频率测量。 方案二：等精度频率测量法，测量的精度保持一个定值，不随所测信号频率的变化而变化。在快速测量的要求下，如果要得到较高的频率测量精度，那么必须采用较高频率的标准信号。由于单片机本身时钟频率不高，同时受到若干指令运算的限制，测频速度较慢，无法满足高精度、高速的测频要求；而采用集成度高、速度快的现场可编程门阵列CPLD能够实现高精度、高速的频率测量。 三、模块电路设计 3.1 电源部分电路 通过MINIUSB口输入5V电压一路直接给单片机的需要5V的电路供电。另外，在5V输出端引出一路通过AMS1117降压稳压芯片转换，得到3.3V电压输出，供CPLD和液晶模块使用。 四、软件设计 4.1单片机软件设计 4.1.1单片机的编程与流程图 单片机的编程主要采用的是从上到下的编程设计方法，主要有三块：一、主函数的编程；二、中断及按键识别的编程；三、显示函数编程；四、频率测量函数编程。 主函数编程思路是：首先初始化相关外围器件，然后在主循环里面循环执行显示函数。流程图如下： 五、性能测试和实物演示 5.1 设计实物图 * 方案三：直接频率测量法。直接率测量的方法就是在确定的单位时间内，检测被测信号的脉冲数。由于设置的单位时间通常不是被测频率信号的周期的整数倍数，这种测量方法的脉冲计数也会产生最大为±1个脉冲误差。当我们进一步分析测量误差：设待测信号脉冲周期为 ,频率为 ，当测量时间为 时，测量准确度为 ，由上面的推导可知直接频率测量的准确度与被测信号的频率有关：当被测信号的频率越高则测量精度也就越高，反之频率的测量精度也越低。因此直接频率测量的方法一般只适合测量频率较高的被测信号，不能满足在整个频率段内测量精度保持不变的要求。 2.1.2 基于CPLD与51单片机的数字频率计原理 其测频原理说明图如下图所示： 图2.1 等精度测频测量原理波形图 图2.2 等精度测频实现原理图 2.2 数字频率计的系统设计 由于单片机的运算能力强，速度较慢，CPLD的速度快但是运算能力有限，故本设计采用CPLD与单片机组合的测量方法，本设计主要包括CPLD测频部分，单片机数据处理以及LED显示部分,整体机构框图如下图。 图2.3 系统结构图 3.2按键检测及蜂鸣器电路 这部分主要有两块：一个是按键模块，另一个是蜂鸣器驱动模块。通过按键的识别来处理频率测量，占空比测量或者周期测量，蜂鸣器鸣响作为按键按下提示。 图3.2按键识别与蜂鸣器驱动部分电路图 3.3单片机最小系统 本电路是系统中央控制部分，实现对按键的识别，控制液晶显示，以及控制和采集得到CPLD的数据。 图3.3单片机最小系统 3.4 CPLD测频模块 CPLD部分主要是计数部分。在测量频率时计数器是对被测信号和标准信号进行计数，在测量占空比时计数完成分别在待测信号的高电平对标准信号计数和低电平对标准信号计数。 图3.4 CPLD部分电路 3.5 液晶显示模块 本设计中，液晶显示部分用的是能够显示汉字的价格便宜的Nokia5110液晶作为显示器。Nokia5110液晶显示器由48行X84列输出，所有的