基本信息
- 項目名稱：
- 基于單片機和CPLD的等精度頻率計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本課題的等精度數(shù)字頻率計設計，采用當今電子設計領域流行的EDA技術，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機，采用多周期同步測頻原理，信號經(jīng)前端放大、限幅和整形后實現(xiàn)了輸入電壓范圍為0.3－5V 正弦波，方波，三角波，矩形波，脈沖以及其它不規(guī)則等對頻率范圍在0.1Hz-200MHz信號頻率的等精度測量。
- 詳細介紹：
- 頻率檢測是電子測量領域的最基本也是最重要的測量之一。頻率信號抗干擾能力強、易于傳輸，可以獲得較高的測量精度，所以測頻率方法的研究越來越受到重視。本課題的等精度數(shù)字頻率計設計，采用當今電子設計領域流行的EDA技術，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機，采用多周期同步測頻原理，信號經(jīng)前端放大、限幅和整形后實現(xiàn)了輸入電壓范圍為0.3－5V 正弦波，方波，三角波，矩形波，脈沖以及其它不規(guī)則等對頻率范圍在0.1Hz-200MHz信號頻率的等精度測量。設計中用一塊復雜可編程邏輯器件CPLD芯片EPM7128STC100—10完成各種時序邏輯控制、計數(shù)功能。用STC89C51RC單片機作為系統(tǒng)的主控部件，實現(xiàn)整個電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運算處理、LCD顯示輸出。系統(tǒng)將單片機的控制靈活性及CPLD芯片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點。 主要技術指標： （1）測量頻率范圍：0.1Hz－200MHz； （2）誤差范圍：測頻全域相對誤差恒為百萬分之一，即誤差達10-7數(shù)量級； （3）輸入電壓范圍：0.3－5V ； （4）測量波形：正弦波、方波、三角波、矩形波、脈沖以及其它不規(guī)則信號等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的、基本思路： 由于頻率計能夠快速準確的捕捉到被測信號頻率的變化，頻率計擁有非常廣泛的應用范圍。高精度的頻率計有著廣泛的市場前景。 等精度測頻方法可兼顧低頻與高頻信號，等精度頻率測量有較高的測量精度，且誤差不會隨著被測信號頻率的改變而改變。本制作設計時采用了該設計思想。 創(chuàng)新點： ① 利用CPLD完成待測信號的測量和基準時鐘計數(shù)部分，利用單片機完成系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)處理?？s短了開發(fā)研制周期且使系統(tǒng)具有結(jié)構緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點； ② 采用信號整形、分頻技術，具有測量頻帶范圍寬，可測量電壓大的特點，并且可以測量方波，正弦波，三角波，矩形波，脈沖以及其它不規(guī)則信號等； ③ 不僅可以測量頻率，還可以測量周期，使用起來智能方便靈活，只要編寫相應的程序便可實現(xiàn)其他的相應功能； ④ 該等精度頻率計可用于工程領域的高速計數(shù)場合，實用，功耗也比較低。 技術關鍵： 本制作設計采用先進的EDA技術及自上而下的設計，把資源豐富、控制靈活及良好的STC89C51單片機和具有內(nèi)部重組、現(xiàn)場可編程的CPLD芯片完美結(jié)合起來，大大縮短了開發(fā)研制周期。利用前級信號調(diào)理電路對輸入信號進行電壓轉(zhuǎn)換，并提高了輸入阻抗。 主要技術指標： （1）測量頻率范圍：0.1Hz－200MHz； （2）誤差范圍：測頻全域相對誤差恒為百萬分之一，即誤差達10-7數(shù)量級； （3）輸入電壓范圍：0.3－5V ； （4）測量波形：正弦波、方波、三角波、矩形波、脈沖以及其它不規(guī)則信號等。
科學性、先進性
- 由等精度測頻原理知：若能精確地實現(xiàn)計數(shù)，經(jīng)過簡單的乘除運算，即可得到待測頻率。然而，在兆赫茲級的計數(shù)，一般單片機就無能為力了，而CPLD的時鐘頻率可達納秒級，完全可以實現(xiàn)其計數(shù)功能。要CPLD完成兆級以上的乘除運算， 需消耗更多的硬件資源，而單片機在不受運行速度限制時幾乎不要增加任何成本，單片機和CPLD芯片完美結(jié)合起來， 使本系統(tǒng)具有結(jié)構緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品操作簡單，只需通電接入頻率信號即可通過LCD屏幕讀取對應頻率數(shù)值。制作具有前端信號調(diào)理電路，對所給信號進行電壓轉(zhuǎn)換，并提高了輸入阻抗。巧妙地將CPLD與單片機結(jié)合了起來，大大簡化了電路布置復雜程度，提高了電路設計的靈活性。是一種低成本、高性價比的頻率測量方案。本制作可以用于通信、電力、教學、科研、鐘表、儀表、工廠技檢等行業(yè)要求測量精度高的場合。本方案具有結(jié)構簡單，成本低等特點，具有相當廣泛的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 目前，市場上頻率計的產(chǎn)品種類繁多，常用的數(shù)字頻率計的測量方法有三種: 直接測量法(以下稱M法) 、周期測量法(以下稱T法) 和綜合測量法(以下稱M /T法) 。M法是在給定的閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù), 進行換算得出被測信號的頻率。T法是通過測量被測信號一個周期內(nèi)計時信號的脈沖個數(shù), 然后換算出被測信號的頻率。這兩種測量法的精度都與被測信號有關, 因而它們屬于非等精度測量法。而M /T法它通過測量被測信號多個周期的時間, 然后換算得出被測信號的頻率, 克服了測量精度對被測信號的依賴性。M /T法的核心思想是通過閘門信號與被測信號同步, 將閘門時間τ控制為被測信號周期長度的整數(shù)倍。測量時, 先打開參考閘門, 當檢測到被測信號脈沖沿到達時開始計時, 對標準時鐘計數(shù); 參考閘門關閉時, 計時器并不立即停止計時, 而是待檢測到被測信號脈沖沿到達時才停止計時, 完成測量被測信號整數(shù)個周期的過程。本制作設計時采用了該設計思想，并取得了良好的測試效果。 隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，特別是單片微機和EDA技術的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的電子測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，形成一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測量儀器。頻率計廣泛采用了高速集成電路和大規(guī)模集成電路，使儀器在小型化、耗電、可靠性等方面都發(fā)生了重大的變化。傳統(tǒng)的頻率計測量誤差較大，等精度頻率計以其測量準確、精度高、方便等優(yōu)勢將得到廣泛的應用。 本課題的等精度數(shù)字頻率計設計，采用當今電子設計領域流行的EDA技術，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機，采用多周期同步測頻原理，信號經(jīng)前端放大、限幅和整形后實現(xiàn)了輸入電壓范圍為0.3－5V 正弦波，方波，三角波，矩形波，脈沖以及其它不規(guī)則等對頻率范圍在0.01Hz-200MHz信號頻率的等精度測量。設計中用一塊復雜可編程邏輯器件CPLD芯片EPM7128STC100—10完成各種時序邏輯控制、計數(shù)功能。用STC89C51RC單片機作為系統(tǒng)的主控部件，實現(xiàn)整個電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運算處理、LCD顯示輸出。系統(tǒng)將單片機的控制靈活性及CPLD芯片的現(xiàn)場可編程性相結(jié)合，不但大大縮短了開發(fā)研制周期，而且使本系統(tǒng)具有結(jié)構緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點。實現(xiàn)了寬幅度、寬頻率測量。
