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吉林快三遗漏值一定牛:基于單片機和CPLD的頻率測量研究_圖文

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寧等 : 基于 單片機 和 C L 的頻 率測 量研究  PD

基于單片機和 C L P D的頻 率測量研究 
俞  寧  鄒應 全  ,
(. 安 信息 職業 技 術 學 院  江 蘇 淮 安  2 3 0 ;. 京 信 息 工 程 大學  江 蘇 南 京  20 4 ) 1淮 20 3 2 南 10 4 
摘  要 : 對 單 片機 進 行 高 頻 測量 存 在 的響 應 速 度 問題 , 用 C L 適合 精 確 、 速 計 數 的 特 點 , 出 了一 種 基 于 單 片 針 利 PD 高 提   機 和 C L 的 頻 率測 量 電路 , 過 C I PD 通 P  D對 被 測 信 號 分 頻 再 與 單 片機 計 數 值 進 行 比 較 , 實現 了 高精 度 、 等精 度 測 量 , 時 又  同 解 決 了 高頻 測量 中存 在 的 問題 , 足 了 系統 對響 應 時 間的 要 求 。 該 項研 究 成果 已經 在 所 設 計 信 號 源產 品 中得 到 了應 用 。 滿  
關鍵詞 : 率測量; 號源; 頻測量;P D 頻 信 高 C L  

中 圖分 類 號 : P 6 .  T 381

文 獻標 識 碼 :   A

文 章 編 號 :0 4 7X(0 8 2 —0 2 0  10 —3 3 20 )4 5 — 2

Re e r h o   e u n y M e s r m e tBa e   n S n l  i   m p tr a d CPLD  s a c   fFr q e c   a u e n   s d o   i ge Ch p Co u e  n  
YU  i ?。?U  n ua   N ng ZO Yi gq n
( . aa   o l eo  no main Te h oo y Hu in 2 3 0 , h n ; . nig Unv r i   fI f r t n S in e& Te h oo y Na j g 2 0 4 , hn ) 1 Hu i C l g   f f r t   c n lg , aa , 2 0 3 C ia 2 Na j   ie st o?。?o ma i   c c n e I o n y o e c n lg , n i , 1 0 4 C ia  n

A sr c : n o d r o d a wi   h   r b e 0   e p n er t  fsn l  h p c mp t rwh l me s r g h g   r q e c , ?。?— b ta t I   r e    e l t t e p o lm  fr s o s   a eo   i g ec i   o u e   i   a u i   ih fe u n y a fe   t   h e n q e c   a u e n   ic i b s d o   i g e c i  o u e   n   u n y me s r me t r u t a e   n sn l h p c mp t r a d CPI i  r p s d wh c   e l e   i h—a c r c   a u e n   c       s p o o e , ih r ai s h g D  z c u a y me s r me t b   o a i g t e fe u n y d vso   f h   a u e   i n l wi ?。?  o n i g n mb ro   i g ec i  o u e , ih h sb e   y c mp r ?。??。?q e c   i iin o  e me s r d sg a s t t ec u t   u e   f n l  h p c mp t r wh c   a   e n n t   h n s
a le ?。?f to   e r t . pp id i ?。酰?i n g ne aor  Ke w o d fe ue c   e s r m e ; i a  ou c h g   r qu nc   e s e e t; y r s: r q n y m a u e nt sgn ls r e; i h fe e y m a ur m n CPLD 

信 號源一般 都具 有頻率 測量功能 , 信號 源 中大 多數  的測頻 電路都是 通過 單 片機 實 現 , 頻 時 采用 測 周 , 低 高  頻時采用 測頻 。這種方 法存在 非等精 度誤差 問題 , 同時  由于單 片機速度 限制 , 不能測 量很高 信號頻率 。當信 號  頻率 高于 1  0MHz , 時 這種方 法難于 實現 。針 對單 片機  測頻 電路 缺點 , 文 提 出 了一 種 基 于單 片機 和 C L   本 PD
的測 頻方法 , 并在實 踐 中得 到 了驗證 。   1 硬 件 電路 設計 

比 由 單 片 機 控 制 , 位 時 單 片 機 送 固 定 分 頻 比 給  復 CL CL P D, P D對 外部輸 入被 測信號 分頻 , 頻后送 至單  分 片機 進行計 數 , 片機 計數 并 判 斷計 數 值 , 單 如果 單 片機  得 到的計數 值不在 要求 的范 圍之 內( 體范 圍在 軟件設  具 計 中討論 ) 那么單 片 機根 據得 到 的計數 值 再送 不 同分  , 頻 比給 C L C L 對輸 入 信 號 再次 分 頻 , 復 上述  P D, P D 反 過 程 , 到單 片機得 到 合適 的計 數 值 。這 樣 , 以保證  直 可 外 部信號 頻率 的測試精 度 , 同時實現 了等精度 測量 。  

硬件 電路 包括 模 擬 調理 電路 、 P D 部分 、 片機  CL 單 部分 , 圖 1所示 。模擬調 理 電路 完成對 被測信 號 的整  如 形, 該電路將輸 入 的正 弦或 其 他波 形 的信 號 通 過整 形 ,   輸 出方 波 。模 擬調理 電路 主要 由滯 回 比較 器 和輸 人 ?!?護 電路構 成 。C L 完 成 對 輸 入 信 號 分 頻 , P D 用  PD CL
Al r 公 司 MAX 1 8 ta e 3 2 。單 片 機 完成 對 分 頻 后 的被 測 
2 軟 件 設 計 
圖 1 工 作 原理 圖   

信號 測周 , 片機采 用 C g a 公司 C 0 1 2 6  單 y nl 85F 0 。 被測信 號通過模 擬 調理 電路 后 接入 C L 的 全局  PD 時鐘 IO 口, P D對 被 測信 號 進 行適 當分 頻 , / CL 把外 部 

軟件 部分包 括單 片 機程 序 和 C L 程 序 。單 片 機  PD 主要完成 計數 和頻率 計算 、 示 。C L 顯 P D接 收單 片機 送  來 的分頻 比, 成分 頻 。 完  
2 1 單片機 程序設 計  . 

信號 通過分 頻將頻率 限制 在一定 范圍 內 , 然后送 至單 片 
機, 在送入單 片機信 號 的 1個周 期 內 , 片 機對 其 進行  單

當送 到單 片機 的被測信 號為 高電平 時 , 電平計 數  高 子程序 計數 , 計數 時基 是 1 0/ ; 片機 內 時基 采用 循  0 a 單 s 環計數 實現 , 電平 計 數完 成再 對 低 電平 計 數 , 高 對高 低  電平分別 計數 解 決 了 占空 比不 是 1:1的頻 率 測 量 問 

計數 , 以得 到計數 值為 N  設單 片 機頻 率 為  , 可 。 輸人 
單 片機信號 的頻率 為 . , 可得  一  / , 到 的頻    則 N  得 率再 乘 以前 面 C L 中的分 頻 比 , 可 以得 到外 部 輸  P D 就

入信 號的頻率 , 以達 到頻率測 量 目的。C L 中的分頻  PD
收稿 日期 :0 8—0 —0  20 4 3 5  2

題 。判 斷總 的計 數值 是否在 10 0 1?。?  0  00 0之間 。如 果 
在 該范 圍 內, 頻 率 ( Hz 為 : — NⅨ / . N  , 則 k ) f v o 1 …  其 

中, N  為單 片 機 計 數 值 ; N  為 C L 內部 分 頻 比。 PD  

20 0 8年 第 2 4期   第 2 7 8 

如 果計數 值不 在 10 0 , 00 0范 圍 內 , 據 計 數值 單    0  ̄ 1  0 根
片機 向 C L P D重 新送 分頻 比 , 后 再 次 計 數 , 斷計 數  然 判 值 , 到計數值 在要 求 的范 圍之 內 , 為 如 果計 數 值 太  直 因 小, 則計 算 的頻率誤 差 偏 大 , 以要 求 計 數 值 必 須在 一  所 個合 適 的范 圍 內。圖 2是程 序 的流程 圖 。  

經 過 電路實 際測 量誤差完 全在允許 范圍內 。   測 頻 電路 的頻率 測量 范 圍也是 一個 非常 重要 指標 ,  
當C L P D的分 頻 比為 1 單 片機 的計數 值為 1?。?, 00 0時測  得 的頻率 為 能測得 的最低頻 率, 最低 頻率 為: 其   1 ( 00 0 .  ) .   ; C L 的 分 頻 比為  / 1  0 ×0 1ms 一0 1Hz 當 P D F F F 單 片機計 數值 為 10 0時測 得 的頻率 為能 測  F F H, ?。?得 的最 高頻 率 , :  4  7 ×1 (  0 ×0 1ms 一 為 10 85 5 / 10 0 .   )   1 . 8  5MHz 0 4 57  。在 實 際 電路 設 計 中上 限 測 量 頻 率 為  1  0MHz 。從 上 面分析 來看 下 限頻率決 定 于計數 值 和時  基選 擇 , 通過 選擇 不 同時基可 以實現更 低頻 率測 量 。最  高頻 率 測 量 范 圍主 要 決 定 于 C L 內部 的 分 頻 比 , PD 如 

圖 2 頻 率 測 量軟 件 流 程 圖  

果CL P D的分 頻計數 器 為 2 5位 , 能測 量 的 最 高頻 率  那
為 :  8 ?。?×1 (  0 ×0 1ms 一8 . 8  83 86 0 / 10 0 .  ) 3 8 6MHZ 。能 

2 2 C L 程 序 設 計  .  P D

否 實 現 這 么 高 的 頻 率 測量 決 定 于 C L 的 性 能 , 與  PD 而 單 片 機性 能無關 , C L 現 P D最 高 能 到 4 0MHz 所 以對  0  ,

C L 程 序 頂 層 圖 采 用 原 理 圖 設 計 , 塊 采 用  PD 模
VHDL語 言編 寫 。其包 括 2個 部分 , 圖 3所 示 , 一  如 第 部 分完 成 C L P D與單 片機 通信 , P D與單 片機 的通 信  CL 協議 為 自定 義協 議 ; R為單 片機 的普通 io 口, u W / mc   d t[ . 0 為單 片機 的數據 總線 ; aa 7 . ] WR 下 降沿 來 時 表 示  寫入 的是地址 , WR 為上 升沿 時表示 寫入 對 應數 據 。第  二 部分 是分頻 部 分 , 據 單 片 機送 來 的 2 根 O位 分頻 比 對  被 測信 號  分頻 。分頻 之后 信號 送單 片 機計 數 。分頻  之后 的信號頻 率控 制在 0 1   之 間 。 . ~1Hz  

l OMHz 號分 頻完 全可 以實 現 。通 過分 析 可 以看 出 O  信  
這 種測 頻 電路 的可擴 展性 非常 好 。  
4 結  語 

本 文 的測頻 電路 方案結 構 合理 , 能實 現等精 度頻 率 

測 量 , 可 擴展性 強 。該測 頻 電路 已在 所設 計信 號源 中  且
得 到應用 , 投入 生產 。經檢 驗 , 品性能穩 定 , 并 產 指標符  合設 計要 求 。在該 信 號 源 中 C L 同時完 成 單 片機 的  PD IO 口擴展 和 L D顯示控 制 , 以測 頻 電路成 本較低 。 / E 所  
參 考 文 獻 

[ ]潘 琢金 , 國君. 8 5 F XX高 速 S C單片機原 理及應 用  1 施 C O 1X o
圖 3 Ma - P u I 境 下 的 頂層 圖    x  ̄ ls1環 一

E . 京 : 京 航 空 航 天 大 學 出版 社 ,0 2 M] 北 北 20 .  
r ] M AX3 0 A  t  h e , r g a 2 0 0 DaeS e t P o rmma l  gcDe ieFa — beLo i   vc  mi  
l Ale a Co p a in, 9 . y, t r   r or to 1 99 

3 誤差 及性 能分析 

測頻 電路 的誤 差 來源 主要 有 時基 電路誤 差 , 片機  單 計數誤差 , 以及 頻率 值 定點 運 算誤 差 。由 于顯 示采 用 的 

[] 蔣煥 文 . 3 電子 測 量 E . 京 : 國計 量 出版 社 ,9 8 M] 北 中 18 .  

E ]陳曉榮 , 萍 , 紅全. 于單 片機的頻 率測量 的幾 種實用  4 蔡 周 基 方法 [] 工業儀表 與 自動化裝置 ,0 3 1 :0 2 J. 2 0 ( )4 —4 .   E3鄧勇 , 5 施文 康. 0 1單 片機 測量 高頻 信號 頻率 的一 種 方法  83
E] 電 測 與儀 表 ,0 0 3 (0 :3 5 7 J. 2 0 ,7 1 ) 2 —2 ,.  

是 6位數碼管顯示 , 在計算頻 率值 時取 了 6 有效數 字 , 位  
所 以忽略定 點運算誤差 。誤差計算表 達式可 以表示為 :  

d/ f f— lN/ I ltt   N    /  d + d 1  
其 中 , 為計 數值 ;為時基 。 N f 時基時間相對 誤差 d/ 主要  tt

[] 張雪平. 片機提高 頻率測 量精 確度 的新方法 [ - 微 計算  6 單 JI .
機 應 用 ,0 4, 5 1 1 4—1 7 2 0 2 ( ):1 1.  

[] 李 漢 軍 , 百 榮 . 7 許 等精 度 測頻 單 片 機 系 統 的 研 究 E] 儀 器 儀  J.
表 用 戶 , 0 1 1 : 6—1 . 20()1 8 

取 決于單片機 晶體 的頻 率穩 定度 , 擇 合適 的石英 晶體  選
和振蕩 電路 , 誤差 一般可小 于 1一。 O 當僅顯示 6位有效 數 

[] 于忠得. 于單片 機的脈 沖頻率 的寬 范圍高 精度測 量 [] 8 基 J.  
儀 表 技 術 ,0 2 6 :9 O 20 ( ) 1 —2 .  

字時 , 該項誤差可 以忽略 。 于 d N 部 分 , 對 N/ 無論 時基 時 
間長短 , 計數法 測頻 總存 在 1 單 位 的量 化誤 差 。由于  個

[]赫建 國, 9 劉立新. 于單 片機 的頻率計設 計[ ] 西安 郵電學  基 J.
院學 報 ,0 3 8 3 :1 4 7 . 2 0 ,( )3 —3 ,2  

計 數值的范 圍在 10 0 00 0 間 , 以測頻 電路 的相  ?。? ̄1?。?之 所
對誤差 為 :.0 ~0 0 01 絕對誤差 為 : )N  。 0 0 1 .0   , N1 1 v  
作者簡 介 俞

[ O 鄭 丹 玲 . 種 快 速 高 精 度 測 頻 方 法 r] 重 慶 郵 電 學 院 學  1] 一 J.
報: 自然 科 學 版 ,9 9 1 ( )5 —5 ,4 19 ,1 2 :8 9 6 .  

寧  江 蘇 省 淮 安信 息職 業技 術 學 院 副 院長 , 究 員級 高工 。 研  

鄒應 全  南 京信 息 工程 大 學 講 師 。  
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