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F乙 简易多功能计数器 泰山学院 马运龙，房大伟，张燕 专家点评: 该作品采用功耗低、运算速度快，并具有EEPROM功能的AVR系列Atmega64单片机为主控CPU。选择Altera CPLD MAXII EPM570实现输入信号的频率/周期测量，以保证频率/周期测量结果的稳定性和准确性。采用AD8611对输入信号整形，将结果送入Atmega64中进行结果的显示以及功能的切换和语音播放。该方案设计报告完整，元件选择比较合理，具有结构简单、测量精度高、运算速度快等优点。经测试，该作品的性能指标全部达到了题目的基本要求，同时较好的完成了存储、语音、测温等多项创新功能。 哈尔滨工业大学（威海）tmega64和ALTERA MAX II CPLD技术为核心，由信号整形模块、CPLD微处理模块、语音模块、液晶显示模块、信号测量模块、以及功能切换模块组成。采用AD8611对输入信号的整形，CPLD进行测频以及结果的运算，采用AD采样原理对信号峰值的测量，最终将结果送入Atmega64中进行结果的显示以及功能的切换和语音播放等。总之，用CPLD处理信号，Atmega64实现数据的采集和人机交互，通过数码管显示测量结果并通过语音播报测量数据。 关键词：多功能计数器；CPLD；语音播放；Atmega64 一、方案论证与选择 1.1 设计方案 1.1.1 各种方案的比较 方案一：采用S51+逻辑门电路方案。由于S51工作频率低，利用其内部的计数器不能直接测量高频信号，所以必须外扩大量的逻辑门电路。电路制作麻烦，不便保证测量精度。 方案二：直接采用AVR+Altera CPLD方案。AVR单片机内部资源丰富，工作速度快，开发简便，同时用CPLD代替普通的逻辑门电路，省去了复杂的连线，工作速度快，能保证测量精度。 1.1.2 设计方案 根据题目的要求，经过仔细的分析，充分考虑各种因素，最终确定选方案二作为本设计的整体方案：以AVR单片机Atmega64和Altera CPLD MAXII EPM570为中心，进行该设计题目：其中单片机ATMEGA64用于按键控制、温度测量、时钟提取、显示控制、语音播放。EPM570用于实现输入信号的频率/周期测量。利用CPLD的强大的逻辑处理能力，保证了频率/周期测量结果的稳定和准确。 信号调理电路采用高速比较器AD8611对输入的信号进行整形，然后送 CPLD进行频率/周期测量，确保了测量精度。语音播放模块可以对测量结果进行实时播报。数字显示模块采用LED数码管进行显示。EPM570通过I/O口与Atmega64通信后将数据传给Atmega64，通过选择Atmega64再将其结果进行转换并输出显示以及语音播放。另外通过外围电路（如键盘电路）可以对其功能进行选择以及时间、温度等的显示。 系统框图参见图1： 图1 简易多功能计数器系统框图 二、频率/周期测量原理分析 测量原理如图2所示 图2 频率/周期测量 量化时钟频率为，对应的周期，在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数，，为待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔，则待测脉冲时间间隔为： 三、具体设计与实现 3.1 系统的硬件设计 3.1.1 电源输出模块 原理图如图3所示： 图3 电源原理框图 220伏50HZ的市电经过变压器之后产生12伏左右的交流电，又经过整流桥之后输出直流电，电容C1和C2滤除了其中的交流成分，经过稳压管之后，输出幅度比较稳定15伏左右的直流电。L7805,L7812,以及L7912是三态稳压器，只要给他们大于一定电压的电压值（小于最大输入电压）他们就可以分别输出+5伏，+12伏和-12伏的电压。 3.1.2 信号调理模块 原理图如图4所示： 图4 方波整形原理图 使用方波整形是为了产生计数信号，是为后续的VHDL计数、测频工作做准备的。 AD8611是高速比较器，100MHz信号输入，单/双路4nS传输延迟，具有锁存和互补输出功能。AD8611对很宽的频率范围的输入波形都有良好的整形效果。AD8611能够在低频和高频都能产生波形比较正确的方波，能够满足设计的要求，因此，在此系统中采用了AD8611作为电压比较器的核心。 3.1.3 信号频率/周期测量模块 采用ALTERA 的CPLD EPM570对输入信号进行测量。CPLD的基本特点主要有： 核心电压3.3 V、144 引脚( 其中116 个GPIO) 的EPM570T144C5 作为实现控制电路的CPLD。EPM570T144C5内部有570个逻辑单元( Logic Element)，相当于440个宏单元(Macrocell)。EPM570T144C5 内部分为两个I/O ban