基于CPLD频率测量计的设计.doc

毕业设计（论文）题目 基于CPLD的频率测量计 系 别 电气工程系 专 业 电气自动化 班 级 电自10-2班 姓 名 朱佩田 学 号 201002101257 指导教师（职称） 秦雯（副教授） 日 期 2013/03/05 毕业设计（论文）任务书电气工程 系 2013 届 电气自动化 专业 毕业设计（论文）题目基于CPLD的频率测量计校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式秦雯副教授电气工程系18919080646一、 题目说明（目的和意义）： 数字频率计是工程上常用的一种仪表，用于对信号源输出的频率、周期等参量进行测量本课题所设计的数字频率计可对方波、正弦波的参量进行测量，要求测量频率范围较大，测试误差较高通过对“基于CPLD的频率测量计”这一课题的设计，使学生进一步学习和掌握电子产品设计、微机控制技术等综合知识的应用，进行以可编程逻辑器件为控制核心的检测系统设计，培养理论联系实际的能力，培养解决实际问题的能力。

二、设计（论文）要求（工作量、内容）：1.设计任务 以可编程逻辑器件为控制核心，设计一个数字显示的简易频率计2. 技术指标 测量范围：0.5-5V 测量频率：1Hz-1MHz3. 设计内容（1）以可编程逻辑器件为核心；（2）设计系统主电路；（3）设计检测电路，测量信号类型为方波、正弦波4）脉冲宽度测量5）设计一个6位系统显示电路，能循环显示测量值6）设计软件流程框图并编写主程序清单4.设计成果（1）毕业设计报告字数1.5至2万字；（2）画1张1#的系统硬件电路图；（3）根据检测参数要求，设计检测电路并说明设计原理4）显示电路有限流电阻的定量分析 三、进度表日 期内 容2012—2013学年秋第十五周第十六周第十七周第十八周第十九周第二十周2012—2013学年春第一周 第二周查阅、消化资料总体方案论证、方案设计硬件电路设计硬件电路分析、参数计算撰写论文、准备答辩材料撰写论文答辩答辩完成日期 20 年 月 日答辩日期 20 年 月 日~ 月 日 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量： 1. 胡汉才.单片机原理及接口技术. 北京：清华大学出版社，20042. 孙涵芳.MCS-51/96系列单片机原理及应用.北京：北京航空航天出版社，20053. 黄正瑾.电子设计竞赛赛题解析.东南大学出版社，20034. 竞赛组委会.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工大学出版社教研室意见：教研室主任（签字）： 20 年 月 日 系审核意见：系主任（签字）：20 年 月 日注：本任务书要求一式两份，一份打印稿交教研室，一份打印稿交学生，电子稿交系办。

摘要本文详细论述了硬件电路的组成和单片机的软件控制流程其中硬件电路包括键控制模块、显示模块、输入信号整形模块以及单片机和CPLD主控模块设计器件采用Atmel公司的单片机AT89C51和Altera公司的FPGA芯片MAX7000系列EPM7128SLC84-15键控制模块设置1个开始键和3个时间选择键，键值的读入采用一片74LS165来完成；显示模块用8只74LS164完成LED的串行显示；被测信号经限幅后由两级直接耦合放大器进行放大，再经施密特触发器整形后输入CPLD；标准频率采用40MHZ有源晶振动实现；单片机软件用汇编语言编写，软件模块对应于硬件电路的每一个部分，还包括部分数据计算和转换模块关键词：单片机；CPLD；频率计；测频；等精度AbstractThis frequency meter uses CPLD to realize the measuring count of frequency. Single chip computer completes the test control、data processing and display output of the system.This essay discusses the compose of hardware circuit and software control flow of single chip computer in detail. Hardware circuit includes key control module、display module, plastic module of input signal、single chip computer control module and CPLD main control module.The frequency meter adopts single chip computer AT89C51 of Atmel company and EPM7128SLC84-15 of Altera company. Key control module has 1 function key and 3 time selection key. A chip 74LS165 completes the key value input. Display module uses eight 74LS165s to realize the serial display of LED. First, the measuring signal amplitude is limited. Second, the single is amplified by two class direct coupling amplifier. Finally, the signal inputs CPLD after it is trimed by Smitter trigger. Standard frequency is 40MHZ. Software program of single chip computer is writed by assembly language. Some of software program is corresponded to every hardware part, the others includ data count and transform.Key Words：SCM; CPLD; Frequency meter; Frequency measurement; Equal-precision 目录第一章 绪论 21.1 频率计设计的目的 21.2 基于CPLD的频率计系统设计意义 21.3 数字频率计的发展 3第二章 方案论证 42.1 系统构成框图 42.2 控制核心 42.3 显示部分 62.4 键盘部分 62.5 测量方法论证 6第三章 硬件电路设计 83.1 基于CPLD数字频率计的系统框图 83.1.1 频率计子系统的划分 83.1.2 各个子系统的主要技术指标及其组成 83.2 CPLD介绍 93.2.1 MAX 7000S EPM7128SLC84-7型号的CPLD芯片简介 93.2.2 MAX7000器件的结构特性 113.3 测量电路的设计 143.3.1 多周期同步等精度测量电路 143.3.2 频率周期的测量 153.3.3 脉冲宽度的测量 153.4 键盘模块 163.5 显示模块 173.6 电源模块 18第四章 软件电路设计 204.1 程序框图 204.1.1 主程序流程 204.1.2 中断程序流程 204.1.3 定时器中断服务流程 214.2 程序 224.2.1 分频器模块程序 224.2.2 计数器模块程序 244.2.3 锁存器模块程序 254.2.4 译码器模块程序 254.2.5 频率计测试模块程序 26结论 29致谢 30参考文献 31第一章 绪论1.1 频率计设计的目的数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。

它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛随着数字电路的飞速发展，数字频率计的发展也很快通常能对频率和时间两种以上的功能进行数字化测量的仪器，称为数字式频率计（通用计数器或数字式技术器）随着科学技术与计算机应用的不断发展，测量控制系统层出不穷在被测信号中，较多的是模拟和数字开关信号此外还经常遇到以频率为参数的测量信号例如流量，转速晶体压力传感以及参变量－频率转换后的信号等等对于这些以频率为参数的被测信号通常采用测频法，频率的测量在生产和科研部门中经常使用，也是一些大型系统实时检测的重要组成部分   1.2 基于CPLD的频率计系统设计意义在传统的控制系统中，通常将单片机作为控制核心并辅以相应的元器件构成一个整体但这种方法硬件连线复杂、可靠性差，且在实际应用中往往需要外加扩展芯片，这无疑会增大控制系统的体积，还会增加引入干扰的可能性对一些体积小的控制系统，要求以尽可能小的器件体积实现尽可能复杂的控制功能，直接应用单片机及其扩展芯片就难以达到所期望的效果。

目前许多高精度的数字频率计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时钟频率不高导致测速比较慢，并且在这种设计中，由于PCB板的集成度不高，导致PCB板面积大，信号走线长，因此难以提高计数器的工作频率此外，PCB板的集成度不高还会使得高频信号容易受到外界的干扰，从而大大降低了测量精度CPLD最明显的特点是高集成度、高速度和高可靠性，时钟延时可小至纳秒级，结合其并行方式，在超高速应用领域和实行监控方面有着非常广阔的应用前景在高可靠应用领域，如果设计得当，将不会存在类似于MCU的抚慰不可靠和PC的跑飞等问题CPLD的高可靠性还表现在几乎可将整个复杂可编程逻辑器件（CPLD）具有集成度高、运算速度快、开发周期短等特点，基于CPLD的数字频率计的设计电路简洁，软件潜力得到充分挖掘，低频段测量精度高，有效防止了干扰的侵入其独到之处体现在用软件取代了硬件基于CPLD设计的频率计，在传统意义设计上实现了一些突破1、用单元电路或单片机技术设计的频率计电路复杂、稳定性差采用CPLD就能够克服这一点，它可以把具有控制功能的各个模块程序下载在一块芯片上这一块芯片就能代替原来的许。