文档介绍：农机使用与维修
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基于 AT89C51 单片机等精度数字
频率相位计的设计
辽宁职业学院张博
摘要等精度频率、相位数字测量仪采用当今电子设计领域流行的 EDA 技术,以 FPGA 为核心,配合 AT89C51
单片机,采用多周期同步测频原理,实现了 0. 1 Hz ~ 100 MHz 信号频率的等精度频率测量。
关键词频率相位计 EDA 技术 FPGA 单片机
1 引言
频率、相位是现代数字信号的基本,也是最重要
的特征。在电子信号测量中,频率测量是最基本的
测量量之一,工程中很多测量,如用振弦式力测量、
时间测量、速度测量、速度控制等,都涉及到频率测
量。
相位的测量在实际中也有很重要的应用,比如
基于红外定位技术的矿井提升机位置跟踪系统,这
个系统就是通过红外线在井罐和被测点反射的相位
差来进行定位的,即在井罐发射一组连续红外线,并
,
接受其反射信号通过发射和反射信号的相位差来图 1 测量频率、相位系统总体框图
代替时间,从而计算出距离。
电子技术在不断发展,与之相关的测量仪器也
随着发展,尤其在电子通讯技术发达的今天,信号的
测量尤为重要,频率相位计作为一种检测信号频率
和相位的仪器,对其精度和应用范围有更严格要求,
所以设计一个高频率范围、高精度的频率相位计在
实际应用中有重要意义。
2 等精密频率相位计的硬件部分
2. 1 测量频率相位系统总体框图
等精度数字频率相位计涉及到的计算包括加、图 2 模拟移相网络
减、乘、除,耗用的资源比较大,系统选择单片机和察和验证结果,通过模拟移相网络对一个输入信号
FPGA 结合来实现。电路系统原理框图如图 1 所示, 进行处理,得到两个频率、幅值相同但相位不同的正
其中单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处弦信号。模拟移相网络的具体电路如图 2 所示。
理和显示输出; FPGA 完成各种测试功能; 按键信号 2. 3 信号调整电路
由 AT89C51 单片机进行处理,它从 FPGA 读回计数从移相网络中出来的是两个正弦信号,而 FPGA
数据并进行运算,向显示电路输出测量结果; 显示器测频测相是相对于 TTL 电平( 数字信号) 进行的,因
电路采用七段 LED 动态显示,由 8 个芯片 74LS164 此,须通过信号调整电路把这两个正弦信号处理成
分别驱动 LED 数码管。数字信号。具体的信号调整电路如图 3 所示。
2. 2 模拟移相网络 2. 4 单片机系统硬件电路设计
为了得到两个信号的相位差,同时为了便于观单片机数据运算控制电路的硬件可由单片机、
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图 3 信号调整电路
图 6 主程序流程图
图 4 单片机系统原理图
晶振电路、按键及显示接口电路等组成。其原理图
如图 4 所示。
2. 5 数据显示电路的设计
整个系统硬件电路中,单片机与 FPGA 进行数图 7 显示程序流程图
据交换占用了 P0 口、P1 口和 P3 口,因此数据显示
电路的设计采用静态显示的方式,数据显示电路如
图 5 所示。
图 8 等精度频率计测频时序图
图 9 鉴相器 EPD 的仿真波形
图