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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于單片機(jī)和CPLD的等精度頻率計(jì)
- 小類：
- 機(jī)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(jì)設(shè)計(jì)，采用當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域流行的EDA技術(shù)，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機(jī)，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(shí)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(xì)介紹：
- 頻率檢測是電子測量領(lǐng)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(qiáng)、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(jì)設(shè)計(jì)，采用當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域流行的EDA技術(shù)，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機(jī)，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(shí)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(shè)計(jì)中用一塊復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片EPM7128STC100—10完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能。用STC89C51RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、LCD顯示輸出。系統(tǒng)將單片機(jī)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(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)。 主要技術(shù)指標(biāo)： （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(dá)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的、基本思路： 由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。高精度的頻率計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)采用了該設(shè)計(jì)思想。 創(chuàng)新點(diǎn)： ① 利用CPLD完成待測信號的測量和基準(zhǔn)時(shí)鐘計(jì)數(shù)部分，利用單片機(jī)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(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)； ② 采用信號整形、分頻技術(shù)，具有測量頻帶范圍寬，可測量電壓大的特點(diǎn)，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(yīng)的程序便可實(shí)現(xiàn)其他的相應(yīng)功能； ④ 該等精度頻率計(jì)可用于工程領(lǐng)域的高速計(jì)數(shù)場合，實(shí)用，功耗也比較低。 技術(shù)關(guān)鍵： 本制作設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的EDA技術(shù)及自上而下的設(shè)計(jì)，把資源豐富、控制靈活及良好的STC89C51單片機(jī)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(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，并提高了輸入阻抗。 主要技術(shù)指標(biāo)： （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(dá)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(xué)性、先進(jìn)性
- 由等精度測頻原理知：若能精確地實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，經(jīng)過簡單的乘除運(yùn)算，即可得到待測頻率。然而，在兆赫茲級的計(jì)數(shù)，一般單片機(jī)就無能為力了，而CPLD的時(shí)鐘頻率可達(dá)納秒級，完全可以實(shí)現(xiàn)其計(jì)數(shù)功能。要CPLD完成兆級以上的乘除運(yùn)算， 需消耗更多的硬件資源，而單片機(jī)在不受運(yùn)行速度限制時(shí)幾乎不要增加任何成本，單片機(jī)和CPLD芯片完美結(jié)合起來， 使本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)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(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(yīng)頻率數(shù)值。制作具有前端信號調(diào)理電路，對所給信號進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，并提高了輸入阻抗。巧妙地將CPLD與單片機(jī)結(jié)合了起來，大大簡化了電路布置復(fù)雜程度，提高了電路設(shè)計(jì)的靈活性。是一種低成本、高性價(jià)比的頻率測量方案。本制作可以用于通信、電力、教學(xué)、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(gòu)簡單，成本低等特點(diǎn)，具有相當(dāng)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(jì)的產(chǎn)品種類繁多，常用的數(shù)字頻率計(jì)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(shí)間內(nèi)測量被測信號的脈沖個(gè)數(shù), 進(jìn)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(gè)周期內(nèi)計(jì)時(shí)信號的脈沖個(gè)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(guān), 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(gè)周期的時(shí)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(shí)間τ控制為被測信號周期長度的整數(shù)倍。測量時(shí), 先打開參考閘門, 當(dāng)檢測到被測信號脈沖沿到達(dá)時(shí)開始計(jì)時(shí), 對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘計(jì)數(shù); 參考閘門關(guān)閉時(shí), 計(jì)時(shí)器并不立即停止計(jì)時(shí), 而是待檢測到被測信號脈沖沿到達(dá)時(shí)才停止計(jì)時(shí), 完成測量被測信號整數(shù)個(gè)周期的過程。本制作設(shè)計(jì)時(shí)采用了該設(shè)計(jì)思想，并取得了良好的測試效果。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是單片微機(jī)和EDA技術(shù)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(dòng)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(jì)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(jì)測量誤差較大，等精度頻率計(jì)以其測量準(zhǔn)確、精度高、方便等優(yōu)勢將得到廣泛的應(yīng)用。 本課題的等精度數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)，采用當(dāng)今電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域流行的EDA技術(shù)，以CPLD為核心，配合STC89C51RC單片機(jī)，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(shí)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(shè)計(jì)中用一塊復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD芯片EPM7128STC100—10完成各種時(shí)序邏輯控制、計(jì)數(shù)功能。用STC89C51RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的測試信號控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、LCD顯示輸出。系統(tǒng)將單片機(jī)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(gòu)緊湊、體積小，可靠性高，測頻范圍寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了寬幅度、寬頻率測量。
