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1、电子测量技术E I E C T R()N I CM E A S U R E M E N TT E C H N O I。()(；Y第3 2 卷第8 期2 0 0 9 年8 月基于单片机和C P L D 的等精度测频系统张瑾刘海燕李泽光(大连大学信息工程学院大连1 1 6 6 2 2)摘要：基于C H。D 芯片与单片机A T 8 9 C 5 1、A T 8 9 C 2 0 5 1，采用闸门测量技术实现等精度测频。C P L D 的结构与功能由V H D L 语言描述；单片机的控制与数据计算、处理采用C 语言编程实现。利用单片机内部计数器产生闸门脉冲，控制C P I D 对标准频率与待测频率的计数，
2、计数值与实际待测频率值的转换和计算的结果用8 位静态数码管显示。单片机与C P I D 硬件接口采用独立工作方式。经实践验证，系统测频范围在1 0 0k H z 4M H z 之间，测频精度可达0 1，系统运行正常，控制效果达到预期目标。关键词：等精度测频；C P I)；单片机；E D A中图分类号：T P 3 6文献标识码：AI d e n t i c a lp r e c i s i o nf r e q u e n c ym e a s u r e m e n ts y s t e mb a s e dO RM C Ua n dC P L DZ h a n gJ i nI A uH a
3、i y a nI AZ e g u a n g(C o l l e g eo fI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g，D a l i a nU n i v e r s i t y D a l i a n11 6 6 2 2)A b s t r a c t：T h ed e s i g nw h i c hi sb a s e do nt h eC P I。Dc h i pa n ds i n g l e-c h i pm i c r o c o m p u t e rA T 8 9 C 5 1，A T 8 9 C 2 0 5 1，a d o p
4、t ss t r o b em e a s u r e m e n tt e c h n i q u et Oa c h i e v ec y m o m e t e rw i t he q u a lp r e c i s i o n T h es t r u c t u r ea n df u n c t i o n so fC P I。Di sd e s c r i b e db yt h eV H D I。l a n g u a g e；Cl a n g u a g ep r o g r a m m i n gi su s e dt Oa c t u a l i z et h ec o
5、 n t r o lo fs i n g l e-c h i pm i c r o c o m p u t e ra n dt h ec a l c u l a t i o na n dp r o c e s s i n go fd a t a T h eg a t ep u l s e sg e n e r a t e db yt h ei n t e r n a lc o u n t e ro fs i n g l e-c h i pc o n t r o lC P L Dt Oc o u n tt h es t a n d a r df r e q u e n c ya n db e i
6、 n gm e a s u r e df r e q u e n c y T h er e s u l to fc o n v e r s i o na n dc a l c u l a t i o nb e t w e e na c t u a In u m e r i c a lv a l u ea n dt h eb e i n gm e a s u r e df r e q u e n c y sv a l u ei sd i s p l a y e dw i t h8-b i ts t a t i cd i g i t a lt u b e T h eh a r d w a r ei
7、 n t e d a c eo fM C Ua n dC P L Du s e st h ei n d e p e n d e n tf)l r；l l i o nm o d e P r a c t i c eh a sp r o v e dt h a tt h es y s t e mo p e r a t e sn o r m a l l ya n dc a na c h i e v et h ed e s i r e dc o n t r o lo b j e c t i v e s、i t hi t sm e a s u r a b l ef r e q u e n c yr a n
8、g i n gf r o m1 0 0k H zt o4M H z，a n da tt h es a m et i m et h em e a s u r e m e n ta c c u r a c ym e e t i n g0 1 K e y w o r d s：i d e n t i e a lp r e c i s i o nf r e q u e n c ym e a s u r e m e n t；c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e；m i e r o c o n t r o l l e r u n i
9、 t；e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n0 引言测量与仪器是一个专业面很宽的多学科结合的行业，它在科技和工业等不同的领域起到了技术基础保证的作用。数字测频仪器是常用的物理工具，工程中很多物理量的测量，如周期测量、速度测量、振弦式方法测力等，都可转化为频率测量，高精度频率测量技术已经成为计算机、通讯设备、音频、视频等科研生产领域不可缺少的技术。目前，许多高精度的数字测频仪器都采用单片机加上外部的高速计数器来实现，然而单片机的工作频率不高从而限制了产品的工作频率的提高，而且测量精度也受到芯片本身的限制 2 。E D A 技术作为新一代
10、电子设计技术已J“泛地应用于电子产品的设计巾，在电子系统设计中，将单片机较强的逻辑控制、数据处理、良好的人机对话功能8 8 和C P L D F P G A 的高集成度、高速、高可靠性相结合，使现代电子系统设计在智能化应用水平上发生了质的飞跃 3 。1 等精度测频方案J 1 等精度测频原理传统的频率测量方法有两种。一种是测频法，在一定时间间隔T 内测m 待测信号重复则变化的次数N，被测信号的频率为：一N T。另一种方法是测周法，在被测信号的一个周期内，测H 标准高频信号，：的个数N，则被测频率：厂，一，N。测频法对高频信号有较高的测量精度，而测周法对低频信号的测量精度较高。在对测量精度要求高的
11、情况下，两种方法的频率测量范围受到很大限制J。与传统的测频方法相比，等精度测频法的实际闸门时间不是固定的值而是待测频率的整周期数倍，即与待测频率信号同步。万方数据张瑾等：基于单片机和C P L D 的等精度测频系统箜!塑等精度测频系统的测量精度与预置门宽度和标准频率有关，而与被测信号的频率无关睛J。因此。消除了对待测频率计数所产生的1 个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。其原理图如图1 所示。图1 等精度测频法原理图在等精度测频方法中，实际闸门时间为M 正。如果令标准频率为工，则闸门时间可以近似表示为N，六，则有：等一净f 一等N f，sJ1|1、Js1 2 等精度测频方案(1)在
12、等精度测量过程中，采用同步方法实现对待测信号的无误差计数。系统框图如2 所示。其中单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出；C P I，D 完成对标准频率信号和待测频率信号的脉冲计数。因为C P L D可工作在较高频率，所以也适合于测量较高频率，在单芯片上容易做到较大的测试范围 7 。计数所用的闸门信号由单片机控制产生。单片机G A=r EC L RS E L lS E L OP OP控制器G =r EF X C L KF S C L K计数器2C L KC L RS E L lQS E L 0计数器lC L KC L RS E L IQS E L 08 位静态显示8 位数据图2
13、等精度测频系统框图首先，单片机从C P L D 读回数据并进行运算，然后向显示电路输出测量结果。显示电路采用七段数码管静态显示，由8 个芯片C D 4 5 1 1 1 3(2 分别驱动8 个数码管。设计的难点在于解决单片机与C P I D 接口的逻辑设计。要解决这个问题要求设计者必须对两者的工作时序有深刻的了解。C P I。D 的T 作要求有严格的逻辑时序来控制，而单片机则要求有控制其工作的相应的工作命令。所以，在单片机内部需要产生控制C P I。D 工作的实时时钟信号，其中包括时钟信号c l k、数据选择信号A B 等。在C P L D 内部要有通知单片机做什么工作的相应命令发出，其中主要是
14、读写C P L D 信号r d w r。1 3 系统的基本工作方式F x：待测频率信号，在实验测量中可通过信号发生器输入。F S：标准频率信号，采用G W 4 8E D A 实验开发系统上的C L K 时钟信号来输入。F 煳K、F 鲫K：实际闸门信号内的待测频率信号和标准频率信号，通过软件编程在C P I D 内部通过计数得到。G A T E：C P L D 的预置闸门信号输入，采用A T M E L 公司的A T B 9 C 2 0 5 1 单片机通过内部定时计数器的计数方式来实现，通过P 1 7 端口来输出。C I 瓜：清零信号，通过A T 8 9 C 2 0 5 1 的P 1 4 端口来
15、输入。C L R 一1，清零计数器。S E L l、S E L 0：C P L D 数据输出选择信号，采用A T M E L公司的A T 8 9 C 5 1 系列单片机的P 2 6、P 2 5 端口来输出，S E L l、S E L 0 从o 3 分别对应选择计数器1 与计数器2 的高、低8 位数据输出。Q：C P L D 计数输出，通过S E I。1、S E L 0 选择两个1 6 位二进制数分四次输出到A T 8 9 C 5 1 的P 1 口。2 系统设计2 1 控制模块2 1 1A T 8 9 C 5 1主要用来完成数据的读取、计算与显示功能。通过P 3 6、P 3 5 的数据选择端来选
16、择C P L D 数据的输出，在内部通过软件编程来得到二进制的1 6 位计数值。根据计数值通过式(1)就能得到待测信号的频率值。计算得到的频率值由A T 8 9 C 5 1 通过P o、P 3 端口来控制显示模块，通过8位七段数码管静态显示出来。2 1 2A T 8 9 C 2 0 5 1A T 8 9 C 2 0 5 1 负责完成预置闸门信号与清零信号的输出。预置闸门信号通过其内部的1 6 位定时计数器得到持续时间为一个周期的定时信号。当清零信号为零时通知C P L D 开始进行频率的测量，并输出计数值N。、N。当需要测量下一路信号的频率值时则需要重新复位来对C P L D 进行清零并输出新
17、的闸门信号。由于没有此闸门信号，C P I。D 将处于等待的过程中，所以，此时对闸门信号可以不进行锁存。两个单片机的主要任务是控制C P I。D，在其与C P L D之间提供相应的控制时序以便正确有效地读取数据。在程序设计上，A T 8 9 C 5 1 通过数据选择信号的选择读回C P L D 分4 次输出的两个1 6 位二进制数据，程序流程图如图3 所示。8 9万方数据第3 2 卷电子测量技术短示1 2 3 4 5 6 7 8p 一进入死循环陵取数据+赋值数据选择信号S E L lS E L O+渎取低8 位数据并转化为2 的O。7 次幂相J$1J f l J整数图3 选择数据在渎人数据后怎
18、么把两个8 位二进制数转化为一个1 6 位二进制数是数据处理的一个重点。在程序设计中采用计算机数值计算中常用的二进制到十进制转化的方法来做，同时，考虑到数据处理的实时性问题，采用数据累加的方法。具体程序流程图如图4 所示。图4 转换数据部分程序代码如下：c e s h i 8 一 0 x 0 1，0 x 0 2，0 x 0 4，0 x 0 8，0 x 1 0，O x 2 0。0 x 4 0，0 x 8 0 ；c a r r y -1 6 一 1，2，4，8，1 6，3 2，6 4，1 2 8，2 5 6，5 1 2。1 0 2 4，2 0 4 8，4 0 9 6，8 1 9 2，1 6 3 8
19、 4，3 2 7 6 8 ；f o r(i=0；i 8；i+)d a t a _ i n i =a&c e s h i i ：i f(d a t a _ i n i !一o)d a t a a=d a t a a J r-c a r r y i ；9 0。其中a 为读人的数据；c e s h i i 是一个只有一位是“1”的二进制数；c a r r y i 表示2 的i 次方。对于预置闸门信号的产生，为了达到控制简便同时又不影响数据的处理与显示，在设计中用一个成本低而且控制。方便的A T 8 9 C 2 0 5 1 利用其内部定时计数器来实现，程序流程图如图5 所示。r开始、I 定时器初始化定
20、时t m slI 在不同的时问l 问隔对p 1 7 取I 反得预置|甲J 门信号+r结束图5 闸门信号的产生2 2 频率计数与控制输出模块该模块采用可编程器件C P I。D 用V H D I。语言进行硬件描述来设计完成。在系统设计中用到了两个1 6 位计数器。计数器1 用来完成对标准频率的计数。计数器2 用来完成对待测频率信号的同步计数。由于待测频率信号与实际闸门信号是同时动作的，因此实际闸门时间是待测频率信号周期的整数倍，即对待测信号的计数值没有误差。控制器主要负责完成对两个计数器计数脉冲的控制：当预置门控信号G A T E 为高电平时实际闸门没有立即开启，而是要等到待测频率信号F。的上升沿
21、到来时才开启；而当预置门控信号为低电平时也没有立即关闭，而是要等到待测频率的上升沿到来时才关闭，这样就做到了实际闸门与待测频率的同步，达到了等精度的目的。3 系统仿真与验证3 1C P L D 的验证在验证过程中本设计选择G W 4 8 系列S O P C E D A 实验开发系统卜的模式6 来完成频率测量的验证。具体的接口选择如下：键8：预置闸门G 人T E 信号。每按两次产生一定周期的方波信号，两次间隔应尽可能短。键7、键6：数据输出选择信号S E I，1、S E I。0。对应二极管点亮代表“1”，熄灭代表“0”。键5：清零信号，高电平(二极管点亮)有效。C L K 0：标准频率信号，可选
22、择1 63 8 4H z。C I。K 5：待测频率信号，可选择3M H z。P 1 0 1 6 一P I()2 3：8 位二进制数据从低位到高位。对应二极管点亮代表“1”，熄灭代表“0”。万方数据张焦丛于单片机和C P L D 的等精度测频系统多8 期具体V H D L 程序在Q u a r t u sI I 软件开发系统辅助下的波形仿真如图6、图7 所示。图6 禁止计数输出图7 允许计数输出3 2 单片机的验证在验证中可让C P L D 重复的发送两个1 6 位二进制计数值，单片机通过数据选择信号S E I 上S E L 0 的选择来读取数据，并通过软件编程把读入的两个8 位二进制数转换为1
23、 个1 6 二进制位数。在验证过程中通过5 位七段数码管可以显示出转换后的1 6 进制数与十进制数以便进行比较。3 3 系统的联合验证在系统各模块调试成功后，就可将各模块联合起来进行系统综合验证。要注意的是在进行综合验证时，实验开发系统上的各个按键虽然仍按单独验证时进行引脚锁定，但不可以和单片机各个控制引脚混合使用来控制C P L D。也就是说只要C P L D 的引脚已经和单片机控制引脚相连接，就不可再用试验系统的按键来控制C P L D 测量工作的进行。具体验证说明如下：系统的显示电路共设置了8 个数码管，前5 位用来显示读入的N。、N。值，后3 位是测量状态显示。最后用8 个数码管同时点
24、亮来显示所得的频率值。1)当显示1 2 3 4 5 6 7 8 时，是表示开始状态。2)当后3 位为1 1 1 时，表示的是N x。3)当后3 位为2 2 2 时，表示的是N s。4)当后3 位为3 3 3 时，表示的是N x N。5)最后表示测量的频率值丘。当预置门限时间为2r n s，标准频率信号为1 6 3 8 4H z 时所测得的频率值与实际待测信号的频率值之间的关系如表1。经对实际测量数据分析，系统完全达到了设计的要求。表1 数值关系参考文献周渭，渡边健藏，浜松近年来国外仪器与测量技术发展趋势I-j 1 仪器仪表学报，2 0 0 5，2 6(7)：7 6 4 崔夏荣一种宽频高精度频率
25、计的设计r-j 电子技术，2 0 0 1，8：6 2 K I MSS，J U N GSH a r d w a r ei m p l e n e n t i o no fan e u r a ln e t w o r kc o n t r o l l e rw i t ha nM C Ua n da l lF P G Af o rn o n l i n e a rs y s t e m s J I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fC o n t r o l，A u t o m a t o n，a n dS y s t e m s，2 0 0 6，4(
26、5)：p a g e(s)：5 6 7 5 7 4 马献果，焦阳频率测量方法的改进 J 仪器仪表学报，2 0 0 4，2 5(4)：1 2 0 李兰芳，胡宇航，罗欢C P L D 在等精度测频系统中的应用 J -仪表技术，2 0 0 3(4)：3 0 吴繁红基于单片机和C P L D 实现等精度频率计 J 荆门职业技术学报，2 0 0 5，1 8：1 0 1 3 田军，罗方等精度测频装置的制作 J 电子制作，2 0 0 6(1)：5 4 作者简介张瑾。女，1 9 6 8 年1 1 月出生，理学硕士，副教授，主要研究方向是E D A 技术。E-m a i l：e n i u 2 5 s i n
27、a c o r n9 1I=I瞳口H口印口万方数据基于单片机和CPLD的等精度测频系统基于单片机和CPLD的等精度测频系统作者：张瑾，刘海燕，李泽光，Zhang Jin，Liu Haiyan，Li Zeguang作者单位：大连大学信息工程学院,大连,116622刊名：电子测量技术英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，32(8)被引用次数：0次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.周渭.渡边健藏.浜松 近年来国外仪器与测量技术发展趋势 2005(07)2.崔夏荣 一种宽频高精度频率计的设计 2001(08)3.KIM S S.JUNG
28、 S Hardware implenention of a neural network controller with an MCU and an FPGA fornonlinear systems 2006(05)4.马献果.焦阳 频率测量方法的改进 2004(04)5.李兰芳.胡宇航.罗欢 CPLD在等精度测频系统中的应用 2003(04)6.吴繁红 基于单片机和CPLD实现等精度频率计 20057.田军.罗方 等精度测频装置的制作 2006(01)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 李兰芳.胡宇航.罗欢 CPLD在等精度测频系统中的应用-仪表技术2003,(4)阐述等精度
29、测频的原理,采用复杂可编程逻辑器件和单片机实现的实用电路,及应用VHDL语言的层次设计方法.2.期刊论文 李伟帆.姚裕成.余成 采用CPLD的智能型多功能数字测频仪-东莞理工学院学报2003,10(1)介绍以 89C51为 CPU,采用 CPLD作测试电路的智能型多功能数字测频仪.系统具有频率/周期测试、脉宽/占空比测试及显示功能.文中详尽介绍了系统的工作原理及硬件电路和软件设计.3.学位论文 赵志鹏 差分式质子磁力仪的研究与设计 2007 利用磁法进行地质勘探与研究是一种应用十分广泛而又比较成熟的方法，除地质勘探外，磁法勘探还应用于石油天然气等能源构造的普查、工程地质等领域。随着这些应用的不
30、断深入，磁测设备的水平不断提高，应用范围也在日趋扩大，在航空、海洋、人体磁场等磁力测量的场合也多有应用。磁力仪是用来测量磁场强度的科学仪器，地磁场的微弱变化，都可以被磁力仪记录下来。人们不但借助它来研究地质构造，而且还用在考古、环境工程、气象、探矿、反潜等领域。质子磁力仪是质子旋进式磁力仪，当质子在收到激励场激励后，激励强磁场使水或碳氢化合物中的质子极化，当强磁场突然去掉时，质子就以角速度绕地磁场旋进，产生以地磁场方向的进动，测量感应电场电压频率，从而实现地磁场测量。与国外同期产品相比，国内市场上出现的质子磁力仪精度仍然不高，功能不够完善：国外生产的质子磁力仪精度可到0.01nT，国内生产的质
31、子磁力仪精度普遍为0.1nT。国外新型质子磁力仪功能强大，而国内质子磁力仪功能单一，国外很多仪器都支持事后处理和全球定位系统，而国内的产品通常只提供显示功能。同时也分析了国内仪器出现故障的原因及应对方法，如FHD-1型的死机现象，通常采用的办法是增加看门狗电路，这样无形增加了硬件成本，同时也影响了系统工作的连续性。为了提供更能更强大精度更高的质子磁力仪，以满足国防、科研、勘探等需要，迫切需要对现有质子磁力仪改进或采用新的技术重新设计，来达到上述要求。根据现实需要和国内外现状，本课题提出了差分式质子磁力仪，即采用双通道实现测量，每个通道测出一组数据，再将两组数据差分以减小误差，从而提高系统的测量
32、精度。待实现的设计目标有：采用新的测频方法提高系统的测量精度；内置大容量的存储器，以增加数据的存储量；具有机载GPS接口以及USB接口，能够自动记录测量时间和地理位置，能够存储和传输数据；通过合理的器件选用及电源设计思路，达到降低整机功耗的要求。围绕这些设计目标，本系统在设计实现时，充分学习分析了国内外现有的仪器的特点，注意跟踪了最新的电子技术，使用了新的元器件，以提高整机性能。论文分五部分：第一部分为绪论部分，介绍了质子磁力仪的基本原理以及课题的研究背景意义，同时分析了本系统的整体结构，给出了硬件结构框图。第二部分为系统的硬件设计实现，详细说明了硬件的设计原理及实现方法。第三部分为软件设计部
33、分，设计了硬件的驱动程序，以及系统的运行流程。第四部分为整机测试部分，包括信号放大和频率测量的测试，并对测试数据进行了分析。第五部分为结论与建议部分，对课题设计进行总结并指出需要改进和提高的地方。在课题中本人所做的工作包括：提出了差分式质子磁力仪的设计思路，并按照这一思路完成了放大、测量部分和主控系统的设计。电路模拟部分由磁化电路，电流激发、LC谐振、信号放大等组成。电流激发作用是激发探头产生有用的信号，探头呈电感特性，为此设计了LC谐振电路，以初步放大信号，信号放大电路则实现了信号高倍率放大(设计放大倍数72万倍)、带通滤波以及信号整形，输出的频率信号给频率测量部分完成测量。高精度的频率测量
34、方法和实现方式是整机精度的保证。频率测量采用了新型的CPLD器件来设计，采用了等精度测频方法，本文详细说明了采用CPLD实现等精度测频的方法和电路，通过该方法克服了以往采用倍频方法在选择测量时刻时的局限性，同时新型的CPLD器件功耗低，支持的频率更高，也避免以往用CPLD设计的缺点。主控部分设计了电源变换电路、FLASH存储器、USB主从设备接口、RS232接口、LCD显示屏，并详细论述了各个子部分的工作特点和实现方法，给出了电路图；设计了主控部分的程序，包括各个分支的部分的驱动程序和主程序，给出了各程序运行的流程；同时设计了键盘扫描电路及其实现方法，给出了相关程序；由于数据需要传到PC机进行
35、分析和处理，因此设计了磁力仪和PC的软件接口，论述了PC机实现USB接口和RS232接口数据传输的实现方法。论文的结尾列举了系统设计过程中出现的问题，以及相应的解决方法，为系统的改进和完善提出了切合实际的建议。由于时间和条件等方面的限制，可能会存在不足，有待今后进一步完善。4.期刊论文 罗怡.张璐.马玖凯.LUO Yi.ZHANG Lu.MA Jiukai 一种宽输入范围高精度频率计的设计-现代电子技术2009,32(15)数字频率计设计一般都是采用分立数字器件和集成模拟芯片来实现,其精度不太高,而且输入信号范围常常受到限制.一种采用可编程数字逻辑器件CPLD,将数字器件进行集成化,并配备高稳
36、定度时钟,对输入模拟信号采用多路程控精密放大整形的技术,利用等精度测频法,实现了对频率的高精度测量.使得频率测量范围达到数十兆,精度超过10-7,输入信号最小到10 mV.5.期刊论文 袁广超.田旭东.陈恩.程镇.鲁飞 基于CPLD的振弦式传感器的频率测量技术-自动化仪表2009,30(11)振弦传感器具有谐振频率范围宽的特点.为了在较大频段内实现高精度测量,设计了一种用等精度测频法实现振弦式传感器频率测量的方法.在详细介绍等精度测频的基本原理的基础上,利用大规模可编程逻辑器件(CPLD/FPGA)实现了传感器频率的测量;同时,给出了用VHDL描述语言设计硬件电路的过程.所设计的测频系统具有硬
37、件电路简洁、可靠,单片机控制器程序设计简单、测量速度快、可控性好等特点.实验结果表明,这种测频方法符合设计要求,取得了理想的效果,有较好的应用前景.6.期刊论文 陈明杰 利用CPLD设计高速等精度频率测量仪-重庆工商大学学报(自然科学版)2004,21(4)介绍了等精度测频原理,该原理具有在整个测试频段内能够保持恒定的高精度优点;利用VHDL语言设计了高速的等精度测频模块,并下载到CPLD中,通过与单片机的独立接口,将测量到的数据传送到单片机中,由单片机完成计算和显示的功能;采用CPLD配合单片机的设计方案,具有造价较低、速度高、精度高的优点,并且可以通过软件下载而达到仪器硬件升级的目的;该测
38、频仪克服了直接测频仪对测量频率需要采用分段测试的局限.7.期刊论文 徐江丰.陈曦.刘克刚 相关计数法数字频率计的研究与实现-电子技术2003,30(4)文章介绍了相关计数法测量频率的原理,并介绍了在单片机系统平台上使用传统计数芯片8254和复杂可编程逻辑芯片(CPLD),实现了应用该原理的数字频率计.针对8254在设计上的不足,提出了基于软件编程产生正向脉冲以解决高阶计数初值装入的方法并对用CPLD实现等精度测频的优点作一介绍.实现的两个系统测频精度均达到了很高的指标.8.学位论文 杨永友 质子磁力仪的初步研究 2006 本文提出了设计新型质子磁力仪，拟达到精度高；存储数据量大；机载GPS接口
39、，自动记录测量时间和地理位置；大LCD屏幕显示，中文菜单，灵活的人机交互；整机低功耗工作，便于电池工作；整机轻便，便于携带等要求。围绕这些要求，本系统在设计实现时，充分学习分析了国内外现有的仪器的特点，查阅了大量的相关资料，注意跟踪了最新的电子技术，使用了新的元器件。首先了分析了质子磁力仪的工作原理，所要处理的信号特点，明确了设计质子磁力仪的难点和重点：将幅度为几十个uV的850-3500Hz的频率信号放大后进行测频。在此基础上提出系统的基本结构，分析了各个部分的功能组成，各个部分的基本实现原理则进行了重点分析。模拟电路部分是本文论述的一个重点，由电流激发、LC谐振、信号放大等组成。电流激发作
40、用是激发探头产生有用的信号，探头呈电感特性，为此设计了LC谐振电路，以初步放大信号，信号放大电路则实现了信号高倍率放大、工频陷波、带通滤波以及信号整形，输出符合3.3VCMOS电平的频率信号给频率测量部分。高精度的频率测量方法和实现方式是整机精度的保证。频率测量采用了最新的CPLD器件(MAX II EPM240)来设计，采用了等精度测频方法，克服了以往采用倍频方法会错过最佳测量时刻的缺点，同时新型的CPLD器件功耗低，支持的频率更高，也避免以往用CPLD设计的缺点。利用EPM240片内资源，系统还设计了一个54的矩阵键盘扫描电路。EPM240的数据保存在片内设计的寄存器里，供主CPU读取。主
41、CPU是系统的灵魂，本文花了较大的篇幅来介绍其工作原理。主CPU采用MSP430F149设计，该16位单片机功耗极低，片内资源丰富，速度可达8MIPS。除模拟信号处理电路外，系统设计了电源变换电路、FLASH存储器、USB主从机接口、RS232接口、LCD显示屏。详细论述了各个子部分的工作特点和实现方法，给出了电路图。详细说明了采用CPLD实现等精度测频的方法和电路，分析了精度误差，也说明了键盘扫描的实现方法。磁力仪的CPU的程序分为各个分支的部分的驱动程序和主程序，详细了说明了驱动程序的编写特点，给出了主程序的运行流程。此外，磁力仪采集的数据还需要上传到PC机进行数据分析处理，系统设计了磁力
42、仪和PC的软件接口，论述了PC机实现USB接口和RS232接口数据传输的实现方法，也说明了在VB6中实现文件保存的方法。本系统初步设计完成后，对相关电路进行了测试，给出了测试的结果并作了分析，得出了设计满足精度要求的结论。由于时间和条件方面的限制，本系统设计完成后在实验室进行了调试，没有在野外进行实地测量，但是本系统的关键硬件和核心软件的设计已经完成。9.期刊论文 渠海青.孙艳萍.朱正伟.Qu Haiqing.Sun Yanping.Zhu Zhengwei 数字示波表中超高速数据采集系统的设计-自动化仪表2009,30(11)针对数字示波表的数据采集系统接口复杂、采集速度高、单片机难以实现等
43、特点,介绍了一种以CPLD为核心的超高速数据采集系统设计方案.该方案采用高速A/D转换器、双片高速FIFO芯片来实现数字示波表中信号的不间断采样和存储,利用等精度测频技术自动生成FIFO的写入时钟,实现滤除冗余数据的功能.分别对A/D转换器、FIFO存储器、数据处理单元之间的逻辑接口电路以及测频原理、分频算法等进行了详细介绍.仿真结果表明,该设计完全满足数据采集系统的要求.10.期刊论文 席鹏.李军.於二军.XI Peng.LI Jun.YU Er-jun 基于DSP和CPLD的高精度频率测量系统设计-航空计算技术2010,40(2)介绍了以CPLD(Complex Programmable Logic Device)为核心处理芯片的频率测量系统,整个系统由信号调理电路、CPLD和DSP等构成,在CPLD中设计等精度测频模块,再由DSP进行数字滤波并将采集值送至双口RAM以供上位机读取.采用CPLD 配合DSP的设计方案,具有速度高、精度高的优点,且易于升级和扩展采集能力,具有一定的工程应用价值.本文链接：http:/