基于CPLD与单片机的等精度频率测量

1、第29卷第2期Vol 29 No 2长春师范学院学报(自然科学版Journal of Changchun Normal Universi ty(Natural Science2010年4月Apr.2010基于CPLD 与单片机的等精度频率测量王晓峰(长春大学电子信息工程学院,吉林长春 130022摘 要应用CPLD 技术,已经成为当今实现电子系统集成化的重要手段。本文介绍了基于CPLD 技术与单片机的等精度频率测量的硬件实现方案,实现了一种精度高和范围广的频率测量电路。关键词CPLD;等精度;频率中图分类号TP302 7 文献标识码A 文章编号1008-178X(201002-0056-03收

2、稿日期2009-11-22作者简介王晓峰(1973-,男,吉林大安人,长春大学电子信息工程学院实验师,从事电子信息及自动化控制研究。随着数字技术的发展,数字测量已经广泛应用于各个领域,在很多物理量的测量中,经常采用转换的方法先将被测量转换为数字量,再使用比较熟悉的测量方法进行测量。在进行转换的过程中,很多物理量都能够转换成频率这样一个数字量,如振动、转速等。因此频率的测量精度与物理量的测量精度息息相关。传统的频率测试方法使用单片机内部计数器或者使用可编程计数器8253配合单片机进行频率测量。但是由于测量方法和器件本身的限制,这两种方法的测量精度往往是很低的。本文论述了一种基于CPLD (大规模

3、可编程逻辑器件与单片机的等精度频率测量方法。采用这种方法可使测量频率范围扩大到0 1Hz100MHz 。频率测量精度在测频区域相对误差恒为百万分之一。1 等精度频率测量原理1 1 测量系统的组成测量系统主要由单片机和CPLD 构成,此外还有键盘和显示等辅助电路。键盘为人机接口部分,C PLD 主要进行频率测量,单片机产生必要的逻辑并进行相应的运算,测量结果可由LED 显示器显示。系统结构框图如图1所示。1 2 等精度测量原理等精度频率测量采用比较法进行测量,首先要有一个基准时钟信号,然后在相同的时间范围内对基准时钟频率信号和被测频率信号分别计数,得到两个计数值。设基准时钟频率信号的频率为Fs,

4、计数值为Ns,被测频率信号的频率为Fx,计数值为Nx 。按照比较法的思想,下式一定成立:Fx/Nx=Fs/Ns.不难得到测得的频率为:Fx=(Fs/Ns Nx.其中基准时钟信号可以由石英晶体振荡器提供;计数时间的控制信号由单片机提供,经过与被测频率的同步,产生最终的控制信号。在这里,两个信号的同步是必须的,这样可以减少在计数过程中被测频率丢失的脉冲个数,提高测量精度。测频原理的结构框图如图2所示。2 系统功能仿真2 1 CPLD 器件的选择56 图3 功能仿真波形目前,生产CPLD器件的厂商有很多。在综合考虑试验条件等各方面因素后,我们决定选用Alter公司的产品。Alter公司的C PLD器

5、件是迄今成本最低的CPLD,其中MAXplusII器件采用了全新的CPLD体系结构,在所有CPLD系列中单位I/O成本最低,功耗最低。2 2 功能仿真在MAXplusII软件中,可以使用原理图、VHDL、Verilog等硬件描述语言开发CPLD。为了使设计更加灵活,我们使用VHDL语言进行设计。并进行了功能和时序仿真。部分仿真波形如图3所示。573 结束语本文论述了采用等精度法进行频率测量的新方法,与传统测量方法比较,极大地提高了频率测量的范围和精度。此外,由于系统采用单片机作为控制器,因此在测量频率的同时,还可以测量周期、脉宽、占空比等,拓宽了应用范围。参考文献1谭会生,张昌凡.EDA技术及

6、应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.2潘松,黄继业.EDA技术实用教程M.北京:科学出版社,2002.3边计年,薛宏熙.用VHDL设计电子线路M.北京:清华大学出版社,2001.Frequency Measurement in view of CPLD and Monolithic Processor Equal PrecisionW ANG Xiao-feng(Electron and Infor mation Engineering College of Changchun University,Changchun130022,ChinaAbstract:Applying the technology of C PLD is an important method to achieve electron system!s inte grations.The passage introduces the hardware!s achieving scheme of frequency measurement in view of CPLD!s and monolithic processor!s equal precision.It brings about a kind of frequency measuremen