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应用8051单片机IP设计相位测量仪

摘要:本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,设计一个高精度

的相位差测量仪。通过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机

+FPGA方案中的实际的单片机,既节省了成本又充分利用FPGA内部

资源。

关键词:相位测量仪SOPC8051单片机IP

Abstract:ThedesignofFrequencyPhaseMeasurementSystemis

presentedbasedon8051IPCoreandFPGA.8051IPCore,whichembed

intheFPGA,toreplacetheextra8051oftheexistingMCU+FPGA

solution,savingthecostandmakefulluseofFPGAinternalresources.

KeyWords:FrequencyPhaseMeasurementSystem;SOPC;8051IP

Core

相位差测量技术发展至今已深入到电子技术、工业自动化、智能

控制及通信等众多领域。因此,设计一个高精度的相位差测量仪显得

十分重要。当前国内的一般的解决方案是单片机+FPGA方案,其中

FPGA完成高速的脉冲计数功能,而单片机则进行脉冲计数后的有关

计算和LCD显示等的控制。此方案中的FPGA内部资源往往利用不

足,造成比较大的浪费。本设计应用SOPC和8051单片机IP技术,通

过在FPGA中嵌入8051单片机IP来取代单片机+FPGA方案中的实

际的单片机。既少用一个实际的单片机又充分利用FPGA内部资源,

大大节省了硬件的成本。

18051单片机IP核简介

常见的8051单片机IP有开源免费的和工业级收费的两类,一般都

具有以下特点。

脉宽测量模块用来测量占空比待测信号的高、低电平脉宽时间,

用VHDL语言设计,由FPGA实现。单片机控制模块使用8051单片机

IP,也用FPGA实现。单片机控制模块控制脉宽测量模块进行脉宽测量,

读取脉宽测量数据,并作相应数据处理,得到相位差,通过LCD显示模

块显示相位差测量结果。晶振为FPGA中的脉宽测量模块和单片机控

制模块提供标准频率信号和时钟信号。

3脉宽测量模块设计

脉宽测量模块中关键的是要设计一个高、低电平脉宽计数控制小

模块,这小模块的作用是:在一个测量周期开始,待测脉冲TCLK的高电

平(或低电平)到来时,置32位计数器使能信号EN高电平,启动32位计

数器计数,当待测脉冲由高电平变为低电平时(或由低电平变为高电

平),置32位计数器使能信号EN低电平,停止32位计数器计数,并置测

量周期结束信号STR为高电平,直到单片机读取脉宽计数值然后复位

(置CLR为高电平),开始新的测量周期为止。尽管在停止计数期间,待

测脉冲会出现一个乃至多个高电平(或低电平)。(如图2所示)

设TCLK是占空比待测脉冲;CLR为复位信号;SEC是选择测量高

低电平信号,SEC=1,测量高电平,SEC=0,测量低电平;EN是32位计数

器使能信号;STR是一次测量周期结束信号。脉宽计数控制模块VHDL

设计如下:

AAlt;=(TCLKANDSEC)ORNOT(TCLKORSEC);

CLK1lt;=NOTAA;

CLK2_1:lcellPORTMAP(AA,CLK2_0);

CLK1_2:lcellPORTMAP(CLK2_0,CLK2);

CLK3lt;=NOTCLK2;

Q1lt;=Q10;

Q2lt;=Q20;

BBlt;=Q2amp;Q3;

LL1:PROCESS(CLK1,CLR)

BEGIN

IFCLR=amp;acute;1amp;acute;THEN

Q