第10章的内容精选文档.ppt

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1、第10章的内容本讲稿第一页，共二十三页等精度频率计等精度频率计/相位计设计相位计设计K KX康芯科技康芯科技2发挥部分发挥部分（1）扩展频率测量范围为）扩展频率测量范围为0.1Hz10MHz（信号幅度（信号幅度0.5V5V），测量），测量 误差降低为误差降低为0.01%（最大闸门时间（最大闸门时间10s）。）。（2）测量并显示周期脉冲信号（幅度）测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V5V、频率、频率1Hz1kHz）的）的 占空比，占空比变化范围为占空比，占空比变化范围为10%90%，测量误差，测量误差1%。（3）在）在1Hz1MHz范围内及测量误差范围内及测量误差1%的条件下，进行小信号的频的条

2、件下，进行小信号的频 率测量，提出并实现抗干扰的措施。率测量，提出并实现抗干扰的措施。本讲稿第二页，共二十三页K KX康芯科技康芯科技一、任务一、任务 设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发设计并制作一个低频相位测量系统，包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分，示意图如下：生器和移相网络三部分，示意图如下：第六届（第六届（2003年）低频数字式相位测量仪（年）低频数字式相位测量仪（C题）题）本讲稿第三页，共二十三页K KX康芯科技康芯科技1、基本要求、基本要求（1）设计并制作一个相位测量仪（参见图）设计并制作一个相位测量仪（参见图1）a频率范围：频率范围

3、：20Hz20kHz。b相位测量仪的输入阻抗相位测量仪的输入阻抗100k。c允许两路输入正弦信号峰允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在峰值可分别在1V5V范围内变化。范围内变化。d相位测量绝对误差相位测量绝对误差2。e具有频率测量及数字显示功能。具有频率测量及数字显示功能。f 相位差数字显示：相位读数为相位差数字显示：相位读数为0o359.9o，分辨力为，分辨力为0.1。（2）参考图）参考图2制作一个移相网络制作一个移相网络 a输入信号频率：输入信号频率：100Hz、1kHz、10kHz。b连续相移范围：连续相移范围：4545。cA、B输出的正弦信号峰输出的正弦信号峰-峰值可分别在峰值可分别在

4、0.3V5V范围内变化。范围内变化。本讲稿第四页，共二十三页K KX康芯科技康芯科技2发挥部分发挥部分（1）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图）设计并制作一个数字式移相信号发生器（图3），用以产生相位测量仪所需的输），用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号，要求：入正弦信号，要求：a频率范围：频率范围：20Hz20kHz，频率步进为，频率步进为20Hz，输出频率可预置。，输出频率可预置。bA、B输出的正弦信号峰输出的正弦信号峰-峰值可分别在峰值可分别在0.3V5V范围内变化。范围内变化。c相位差范围为相位差范围为0359，相位差步进为，相位差步进为1，相位差值可预置。，相位差值可预置。d数字

5、显示预置的频率、相位差值。数字显示预置的频率、相位差值。（2）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰）在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下，扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至峰值至0.3V5V范围。范围。（3）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进）用数字移相信号发生器校验相位测量仪，自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。行校验。（4）其它。）其它。本讲稿第五页，共二十三页等精度频率计等精度频率计/相位计设计相位计设计K KX康芯科技康芯科技等精度频率计等精度频率计/相位计设计相位计设计 (1)实实验验原原理

6、理：基基于于传传统统测测频频原原理理的的频频率率计计的的测测量量精精度度将将随随被被测测信信号号频频率率的的下下降降而而降降低低，即即测测量量精精度度随随被被测测信信号号的的频频率率的的变变化化而而变变化化，在在实实用用中中有有较较大大的的局局限限性性，而而等等精精度度频频率率计计不不但但具具有有较较高高的的测测量量精精度度，且且在在整整个个频频率率区区域域能能保保持恒定的测试精度。设计项目可达到的指标为：持恒定的测试精度。设计项目可达到的指标为：频频率率测测试试功功能能：测测频频范范围围0.1Hz0.1Hz100MHz100MHz。测测频频精精度度：测测频频全全域域相相对对误误差差恒恒为为百

7、万分之一。百万分之一。脉宽测试功能：脉宽测试功能：测试范围测试范围0.1s0.1s1s1s，测试精度，测试精度0.01s0.01s。占空比测试功能：占空比测试功能：测试（显示）精度测试（显示）精度1 19999。相位测试功能：相位测试功能：测试范围测试范围0 0360360，测试精度，测试精度0.20.2。本讲稿第六页，共二十三页等精度频率计的主系统如图等精度频率计的主系统如图10-6所示，主要由所示，主要由6个部分构成：个部分构成：(1)信号整形电路。用于对待测信号进行放大和整形，以作信号整形电路。用于对待测信号进行放大和整形，以作PLD器件的输入信号。器件的输入信号。(2)测频电路。是测频

8、的核心电路模块，可以由测频电路。是测频的核心电路模块，可以由FPGA器件担任。器件担任。(3)100MHz的标准频率信号源的标准频率信号源(可通过可通过PLL倍频所得倍频所得)接入接入FPGA。(4)单单片片机机电电路路模模块块。用用于于控控制制FPGA的的测测频频操操作作和和读读取取测测频频数数据据，并并作作出出相相应应数数据据处处理理。安安排排单单片机的片机的P0口读取测试数据，口读取测试数据，P2口向口向FPGA发控制命令。发控制命令。(5)键盘模块。可以用键盘模块。可以用5个键执行测试控制，一个是复位键，其余是命令键。个键执行测试控制，一个是复位键，其余是命令键。(6)数码显示模块。可

9、以用数码显示模块。可以用7个数码管显示测试结果，最高可表示百万分之一的精度。个数码管显示测试结果，最高可表示百万分之一的精度。考考虑虑到到提提高高单单片片机机IO口口的的利利用用率率，降降低低编编程程复复杂杂性性，提提高高单单片片机机的的计计算算速速度度以以及及降降低低数数码码显显示示器器对对主主系系统统的的干干扰，可以采用串行静态显示方式或液晶显示。扰，可以采用串行静态显示方式或液晶显示。1、主系统组成、主系统组成本讲稿第七页，共二十三页K KX康芯科技康芯科技1、主系统组成、主系统组成图图10-6 频率计主系统电路组成频率计主系统电路组成 本讲稿第八页，共二十三页2 2、主主系系统统组组成

10、成测测频频原原理理本讲稿第九页，共二十三页实实 验验 与与 设设 计计 K KX康芯科技康芯科技【例例10-39】LIBRARY IEEE;-等精度频率计等精度频率计FPGA设计部分设计部分USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY etester IS PORT(BCLK:IN STD_LOGIC;-标准频率时钟信号标准频率时钟信号clock2，50MHZ TCLK:IN STD_LOGIC;-待测频率时钟信号待测频率时钟信号 CLR:IN STD_LOGIC;-清零和初始化信号清零和初始化信号CL:I

11、N STD_LOGIC;-当当SPUL为高电平时，为高电平时，CL为预置门控信号，用于测频计数为预置门控信号，用于测频计数 -时间控制当时间控制当SPUL为低电平时，为低电平时，CL为测脉宽控制信号，为测脉宽控制信号，-CL高电平时测高电平脉宽而当高电平时测高电平脉宽而当CL为低电平时，测低电平脉宽。为低电平时，测低电平脉宽。SPUL:IN STD_LOGIC;-测频或测脉宽控制测频或测脉宽控制 START:OUT STD_LOGIC;-起始计数标志信号起始计数标志信号 EEND:OUT STD_LOGIC;-由低电平变到高电平时指示脉宽计数结束，由低电平变到高电平时指示脉宽计数结束，SEL:

12、IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);-数据读出选同控制数据读出选同控制 DATA:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-8位数据读出位数据读出END etester;ARCHITECTURE behav OF etester ISSIGNAL BZQ :STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);-标准计数器标准计数器SIGNAL TSQ :STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);-测频计数器测频计数器SIGNAL ENA :STD_LOGIC;-计数使能计数使能SIGNAL MA,CLK1,CLK2

13、,CLK3:STD_LOGIC;SIGNAL Q1,Q2,Q3，BENA,PUL:STD_LOGIC;SIGNAL SS:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINSTART=ENA;DATA=BZQ(7 DOWNTO 0)WHEN SEL=“000”ELSE-标准频率计数低标准频率计数低8位输出位输出 （接下页）（接下页）本讲稿第十页，共二十三页实实 验验 与与 设设 计计 K KX康芯科技康芯科技BZQ(15 DOWNTO 8)WHEN SEL=001 ELSE BZQ(23 DOWNTO 16)WHEN SEL=010 ELSE BZQ(31 DOWNTO 24

14、)WHEN SEL=011 ELSE-标准频率计数最高标准频率计数最高8位输出位输出 TSQ(7 DOWNTO 0)WHEN SEL=100 ELSE-待测频率计数值最低待测频率计数值最低8位输出位输出 TSQ(15 DOWNTO 8)WHEN SEL=101 ELSE TSQ(23 DOWNTO 16)WHEN SEL=110 ELSE TSQ(31 DOWNTO 24)WHEN SEL=111 ELSE-待测频率计数值最高待测频率计数值最高8位输出位输出 TSQ(31 DOWNTO 24);BZH:PROCESS(BCLK,CLR)-标准频率测试计数器，标准计数器标准频率测试计数器，标准计

15、数器(32位位)BEGIN IF CLR=1 THEN BZQ 0);ELSIF BCLKEVENT AND BCLK=1 THEN IF BENA=1 THEN BZQ=BZQ+1;END IF;END IF;END PROCESS;TF:PROCESS(TCLK,CLR,ENA)-待测频率计数器，测频计数器待测频率计数器，测频计数器(32位位)BEGIN IF CLR=1 THEN TSQ 0);ELSIF TCLKEVENT AND TCLK=1 THEN IF ENA=1 THEN TSQ=TSQ+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(TCLK,CLR

16、)-D触触发发器器 BEGIN IF CLR=1 THEN ENA=0;ELSIF TCLKEVENT AND TCLK=1 THEN ENA=CL;END IF;END PROCESS;（接下页）（接下页）本讲稿第十一页，共二十三页实实 验验 与与 设设 计计 K KX康芯科技康芯科技MA=(TCLK AND CL)OR NOT(TCLK OR CL);-测脉宽逻辑测脉宽逻辑 CLK1=NOT MA;CLK2=MA AND Q1;CLK3=NOT CLK2;SS=Q2&Q3;DD1:PROCESS(CLK1,CLR)-D触发器触发器 BEGIN IF CLR=1 THEN Q1=0;ELSI

17、F CLK1EVENT AND CLK1=1 THEN Q1=1;END IF;END PROCESS;DD2:PROCESS(CLK2,CLR)-D触发器触发器 BEGIN IF CLR=1 THEN Q2=0;ELSIF CLK2EVENT AND CLK2=1 THEN Q2=1;END IF;END PROCESS;DD3:PROCESS(CLK3,CLR)-D触发器触发器 BEGIN IF CLR=1 THEN Q3=0;ELSIF CLK3EVENT AND CLK3=1 THEN Q3=1;END IF;END PROCESS;PUL=1 WHEN SS=10 ELSE-当当SS

18、=“10”时，时，PUL高电平，允许标准计数器计数，高电平，允许标准计数器计数，0;-禁止计数禁止计数EEND=1 WHEN SS=11 ELSE-EEND为低电平时，表示正在计数，由低电平变到高电平为低电平时，表示正在计数，由低电平变到高电平 0;-时，表示计数结束，可以从标准计数器中读数据了时，表示计数结束，可以从标准计数器中读数据了BENA1-00-1-0），用一短线将适配板上方用一短线将适配板上方P208P208与与clock0clock0相接，作为等精度频率计信号输入口。相接，作为等精度频率计信号输入口。本讲稿第二十页，共二十三页K KX康芯科技康芯科技图图10-16 含有等精度频率

19、计测试含有等精度频率计测试模块的模块的8051单片机系统单片机系统 本讲稿第二十一页，共二十三页实实 验验 与与 设设 计计 10-3 基于基于8051单片机单片机IP核的等精度频率计单片系统设计（核的等精度频率计单片系统设计（LCD显示）显示）(3)(3)实实验验内内容容2 2：修修改改单单片片机机示示例例程程序序，增增加加一一些些测测试试功功能能，编编译译、下下载载，调调试软件。试软件。(4)(4)实实验验内内容容3 3：基基于于图图10-1610-16，修修改改硬硬件件平平台台，比比如如ROMROM大大小小、模模块块etesteretester的的功功能能，增增加加其其他他接接口口模模块块，完完成成进进一一步步软软硬硬件件调调试试实实验验。注注意意，使使用用单单片片机核的双向口时必须设置机核的双向口时必须设置FPGAFPGA的端口为上拉！的端口为上拉！(5)(5)实验内容实验内容4 4：根据图根据图10-1310-13，加入一个鉴相器模块，增加测相功能。，加入一个鉴相器模块，增加测相功能。本讲稿第二十二页，共二十三页10-4 基于基于8051单片机单片机IP核的等精度频率计单片系统设计（核的等精度频率计单片系统设计（LED显示）显示）图图10-17 含有数码管显示控制电路的等精度频率计单片测试系统含有数码管显示控制电路的等精度频率计单片测试系统 本讲稿第二十三页，共二十三页