• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于FPGA的寬頻帶數(shù)字頻率計設(shè)計與實現(xiàn)

      2016-09-23 03:06:56王杰鈴李琪王道平楊晶晶
      科技與創(chuàng)新 2016年15期
      關(guān)鍵詞:頻率計電平單片機

      王杰鈴+李琪+王道平+楊晶晶

      摘 要:針對傳統(tǒng)數(shù)字頻率計測量頻率范圍小、信號幅度大的問題,基于FPGA提出了一種結(jié)合分頻技術(shù)及高精度跟隨放大電路實現(xiàn)的測量方案。本設(shè)計以C8051F020單片機為主控制器,運用直接測周法和等精度測量法,實現(xiàn)對待測信號頻率及脈寬的測量,最后將所得數(shù)據(jù)傳輸給單片機進行處理,并將結(jié)果顯示在TFT液晶顯示屏上。經(jīng)實驗驗證,滿足小信號和超高頻信號精確測量的要求,可實現(xiàn)對幅度最低50 mV,頻率最高1 GHz信號的測量,且測量精度較高,相對誤差小于1×10-4.

      關(guān)鍵詞:FPGA;C8051F020單片機;數(shù)字頻率計;分頻

      中圖分類號:TM935.13+3 文獻標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.009

      科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,尤其是微控制器、FPGA、集成IC等新興電子技術(shù)的快速進步,降低了硬件電路的復(fù)雜度,使儀器儀表向著體積小、價格低、功能多的方向發(fā)展,進一步推動了儀器儀表的更新?lián)Q代。作為一種基礎(chǔ)測量儀器,頻率計在工業(yè)領(lǐng)域及實驗測試領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,但現(xiàn)在常用的頻率計,其檢測范圍及精度都存在一定的局限。

      本設(shè)計采用C8051F020和FPGA結(jié)合的技術(shù),綜合運用了跟隨放大、分頻、整流的前端電路設(shè)計,使得頻率計的測量范圍更廣,測試內(nèi)容更加多樣化,測試方式更加靈活,實現(xiàn)了在寬頻帶范圍內(nèi)的高精度測量,解決了高精度頻率測量問題、頻標(biāo)比對及校準(zhǔn)問題,從而使得本設(shè)計可以取代用途單一的專用測量儀器。

      1 硬件電路設(shè)計

      1.1 硬件總體設(shè)計

      硬件總體設(shè)計如圖1所示,其主要分為以下3個部分:①單片機部分,主要實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制,包括按鍵電路和顯示電路;②FPGA部分,主要實現(xiàn)對信號的采集、處理和分析,并通過SPI總線與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸;③信號調(diào)理電路,主要完成對被測信號的預(yù)處理,使頻率計能滿足測量小信號和超高頻的條件,被測信號頻率在10 MHz以內(nèi)不分頻,經(jīng)信號調(diào)理電路后直接送入FPGA進行分析。信號在10M以上的,先將信號放大,然后經(jīng)過256分頻,將分頻后的信號送入FPGA分析。

      1.2 單片機及FPGA模塊

      本設(shè)計以C8051F020單片機為控制核心,以Altera公司的EP2C5T144C8N為運算處理器。C8051F020單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片,片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件。本設(shè)計主要應(yīng)用了該單片機的控制功能。EP2C5T144C8N有4 068個邏輯單元以及13個18×18乘法器,運算處理能力強大,速度較快。本設(shè)計主要應(yīng)用了該芯片的運算功能。放大的跟隨電路如圖2所示。

      1.3 10 M以下寬帶放大器設(shè)計

      頻率在10 M以下時,首先經(jīng)AD811放大器對被測信號進行前級放大;將放大后的信號送入OPA690跟隨器,對信號進行隔離,再經(jīng)差分放大電路放大;后經(jīng)MC10116放大器進行三級放大,將信號轉(zhuǎn)換為ECL電平,最后經(jīng)74LS04六輸入非門將ECL電平信號轉(zhuǎn)化成TTL電平送入FPGA進行分析。信號調(diào)理電路如3所示。

      1.4 10 MHz到GHz分頻模塊電路設(shè)計

      10M以上采用分頻技術(shù),首先將信號送入OPA657放大器放大。OPA657芯片帶寬為1.6 GHz,完全滿足高頻要求,它對小信號的放大作用也特別明顯。然后將放大后的信號進行256分頻,然后轉(zhuǎn)換為TTL電平后進入FPGA進行分析。前級放大電路如圖4所示。

      2 程序設(shè)計

      本系統(tǒng)由FPGA測頻模塊、C8051F020單片機控制模塊和整形電路組成。FPGA測頻模塊以Altera公司的EP2C5T144C8N為核心器件,搭接外部時鐘電路、電源電路和AS、JTAG為核心器件,搭接電源電路、外部晶振、復(fù)位電路和TFT液晶顯示電路,共同組成C8051F020單片機控制模塊,搭接分頻電路、寬帶通道放大電路和電源,共同組成整形電路模塊。

      2.1 FPGA代碼設(shè)計

      FPGA主要完成測量待測信號頻率,對輸入信號個數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)信號個數(shù)進行計數(shù)等工作;或采用測周法測量輸入信號脈寬,對輸入待測信號的高電平時間進行計數(shù),并將測量得到的數(shù)據(jù)通過SPI通信發(fā)送給C8051單片機進行處理。FPGA項目結(jié)構(gòu)如圖5所示。

      2.2 C8051F020單片機程序設(shè)計

      系統(tǒng)的主要流程為:端口初始化、時鐘初始化、液晶顯示初始化、SPI總線初始化、定時器初始化、發(fā)送1 s閘門控制指令、從FPGA讀取數(shù)據(jù),計算頻率、周期、時間間隔、占空比、頻比,顯示計算結(jié)果。

      3 測試結(jié)果

      本設(shè)計主要通過對函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的正弦波信號和方波信號的測量來檢測本設(shè)計的可用性,主要測試結(jié)果見下表。

      4 總結(jié)

      本設(shè)計主要以C8051F020單片機以及FPGA為核心,并結(jié)合相應(yīng)的外圍電路,使整個系統(tǒng)測試頻率范圍大,測試信號幅值范圍廣。該系統(tǒng)可以對三角波、鋸齒波、正弦波及方波等波形進行精確測量,同時還可以對脈沖波的占空比及相位差進行測量。本系統(tǒng)設(shè)計控制靈活,造價低廉,實用性很強,具有一定的推廣價值。

      參考文獻

      [1]劉竹琴,白澤生.一種基于單片機的數(shù)字頻率計的實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010(1).

      [2]曹巧媛.單片機原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

      [3]李澤清.Proteus電子電路設(shè)計及仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

      [4]侯伯亭.VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.

      〔編輯:劉曉芳〕

      猜你喜歡
      頻率計電平單片機
      基于單片機的SPWM控制逆變器的設(shè)計與實現(xiàn)
      電子制作(2019年13期)2020-01-14 03:15:28
      基于單片機的層次漸變暖燈的研究
      電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:12:10
      基于單片機的便捷式LCF測量儀
      電子制作(2019年9期)2019-05-30 09:42:02
      NPC五電平Z源逆變器的設(shè)計研究
      基于三電平光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的研究與實踐
      基于NPC三電平變換器的STATCOM研究
      電測與儀表(2015年2期)2015-04-09 11:28:58
      Microchip推出兩個全新PIC單片機系列
      無晶振輸出頻率計的自動檢定裝置研究
      一種多電平逆變器及其并網(wǎng)策略
      電測與儀表(2014年7期)2014-04-04 12:09:32
      基于等精度測量原理頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)
      江西省| 安宁市| 凤翔县| 仲巴县| 大方县| 中卫市| 湖口县| 花莲市| 韶关市| 西乡县| 南雄市| 会泽县| 多伦县| 玉山县| 同心县| 鲁甸县| 罗平县| 钦州市| 兴仁县| 喀喇| 高雄县| 包头市| 汝南县| 徐闻县| 常宁市| 江安县| 灌阳县| 阳谷县| 东台市| 蛟河市| 昌图县| 特克斯县| 万全县| 平度市| 邛崃市| 宜章县| 育儿| 安国市| 仙居县| 同心县| 乌苏市|