多功能计数器

多功能计数器

董微，张晓晔，李超然（武汉大学电子信息学院，湖北武汉43

作者简介：董微，武汉大学电子信息学院。

摘要：本系统采用AT89C52与FPGA为控制和数据处理中心，实现了正弦信号的高精度宽频带测量和相位的精确测量。整个系统由饱和放大部分、移相部分、过零比较部分组成，系统采用等精度法和测周法相结合的方法，实现了频率1Hz~35MHz、有效值2mv~5v的正弦信号频率的精确测量，并且通过计数法可以测量10Hz~100kHz正弦信号的相位移动。本系统通过128*64点阵液晶和3*8的键盘进行人机交互，操作简单，界面友好。

关键词：比较器；测周法；等精度法；计数法

1方案论证

1.1频率测量的方法

方案一:测周期法。即以待测信号为门限，用计数器记录在此门限内的高频标准时钟脉冲数，从而确定待测信号的频率。当选定高频时钟脉冲而被测信号频率较低时可以获得很高的精度。

方案二:等精度测频法。在人为设定的时间内，闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制，计数器真正开始计数的时刻不是预置闸门的开始时刻，而是预置闸门打开后被测信号的第一个上升沿到来的时刻；同样闸门的关闭时刻不是预置闸门的结束时刻，而是预置闸门关闭后被测信号的第一个上升沿到来的时刻，这种计数方法叫做同步计数法。

在测周期法中，虽然存在1的计数误差，但对于低频信号来说，只要提高标准信号的频率，高精度还是比较容易实现的。在等精度测频法中，由于精确门的时间为被测信号的整数倍，故不存在误差，但是对于基准信号来说存在±1的误差，但由于的值本身就很大，系统可以满足很高的精度要求。在采用等精度法测量低频信号时，闸门时间必须很长，有时并不能达到系统要求。综上所述，本系统采用等精度测量和测周期法相结合的方法，其中等精度法测高频信号，测周期法测低频信号。

1.2相位测量技术

相位测量我们采用的是计数法。其基本思想是将相位转换成数字脉冲，然后对数字脉冲进行计数，分别通过对两路整形后的同频信号的异或输出与其中一路信号进行脉冲填充，通过两计数值之间的关系可以获得相位差。由于计数存在的误差，相位差很小时会产生较大误差，若利用等精度测量的方法，可以克服上述误差，达到很高的测量精度。此方法结合FPGA实现起来方便，精度可以达到很高。

2系统总体实现框图

信号进入系统，饱和放大到合适范围然后选择进入两路比较器，FPGA读取其输出信号即可测出频率，然后计算得到其周期，另一路信号直接进入相移网络和原始信号都比较成方波后进入FPGA测量相位差。

3系统软件的设计

本系统的软件部分由C语言和verilogHDL语言编写完成，前者由单片机运行完成实时显示，键值读取，数据处理等系统的主控功能；后者写入FPGA完成键盘扫描，频率的读取，相位差的测量，人机的交互以及少量的数据处理。

参考文献：

［1］马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.

［2］李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2005.

［3］夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.

［4］黄根春.电子设计教程[M].北京：电子工业出版社,2007.