PIC单片机等精度测量频率法
PIC单片机等精度测量频率法
单片机测量频率，是一个比较常见但又不好解决的问题。主要是测量频率是高端和低端不能兼顾的问题。测量频率无非两种方法：
1.在一段固定的时间及脉冲的个数，然后除时间得到频率。
2.测量脉宽计算频率。
第一种方法，适合测频率在1KHz以上的脉冲信号。因为要保证测量精度在0.1%，至少要保证脉冲个数在1000个，假设测10HZ左右的信号，则一个测试周期需要100秒，这显然不是我们所能接受的。
第二种方法，适合测频率小于1KHz的信号。因为要保证测量精度在0.1%，在一个脉冲宽度（1ms）内，作为时标的定时器至少要走1000个数（此时PIC 的晶振理论上至少也要4MHz）。事实上，想利用上述两种方法精确测量宽范围的频率，几乎是不可能的。PIC系列特有的平级中断，也使其测量频率比51系列测量困难。
等精度数字测频基本框图
等精度数字测频基本框图如下
fx
图中的闸门G1、G2分别用来控制输入信号周期计数和闸门时间宽度计时。其中，G1与输入信号同步，这样可使计数器N1的量化误差dN1=0。计数器N2对标准时标信号Tc进行计数，并以此来测量实际的闸门宽度Tg,则输入信号的频率可表示为：
fx=N1/Tg=N1/(Tc*N2)
标准时标信号采用单片机自身的工作时钟，可看作常数。因此fx的相对误差为：
dfx/fx=dN1/N1-dN2/N2=-dN2/N2
式中，dN2为计数器N2产生的量化误差，最大为±1个Tc，在实际设计中，选择适当的时标Tc和闸门宽度Tg可是N2始终足够大，以次在fx的全频段范围内得到足够高的精度。
等精度测量法的实质就是一种变相的测脉宽法。
在实际使用时（PIC为例），可将Timer0作计数器N1，Timer1作计数器N2，
外部中断INT0同T0连在一起，作为Tg信号，如图：
fx T0
INT0
PIC
首先打开INT中断，允许Timer0计数，当一个fx的上升沿来临时，触发INT中断。在INT中断中，打开Timer1计数器，同时禁止INT中断。延时0.5秒，打开INT中断，当INT中断再次发生后，关闭Timer1、Timer0计数器。此时的频率为：
fx =fc* N1/N2
式中，fc为PIC的工作时钟，当时用4HMz晶体时，fc=1MHz
等精度频率计的实验报告
数字频率计 摘要 以FPGA（EP2C8Q208C8N）为控制核心设计数字频率计，设计采用硬件描述语言Verilog 该作品主要包括FPGA控制、数码管模块、信号发生器、直流电源模块、独立按键、指示灯模块。主要由直流电源供电、数字信号发生器输出信号，FPGA 控制信号的采集、处理、输出，数码管显示数据，按键切换档位，指示灯显示档位。作品实现了测频、测周、测占空比，能准确的测量频率在10Hz 到100kHz之间的信号。 关键字: 频率计等精度 FPGA （EP2C8Q208C8N）信号发生器Verilog语言
一、系统方案论证与比较 根据题目要求，系统分为以下几个模块，各模块的实现方案比较选择与确定如下： 1．主控器件比较与选择 方案一：采用FPGA（EP2C8Q208C8N）作为核心控制，FPGA具有丰富的I/O 口、内部逻辑和连线资源，采集信号速度快，运行速度快，能够显示大量的信息，分频方便。 方案二：采用SST89C51作为主控器件，虽然该款单片机较便宜，但运行速度较慢，不适合对速度有太大要求的场合，并且不带AD，增加了外围电路。 综上所述，主控器件我选择方案一。 2.测量方法的比较与选择 方案一：采用测频法测量。在闸门时间内对时钟信号和被测信号同时计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是被测信号的整数倍，导致计数相差为一个被测信号时间，所以测频法只适合频率较高的测量。 方案二：采用测周法测量。用被测信号做闸门，在闸门信号内对时钟信号计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是时钟信号的整数倍，导致计数相差为一个时钟信号时间，所以测周法只适合较低频率的测量。 方案三：采用等精度法和测周法结合的方法。用等精度发测量1KHZ以上的频率，测周法测量1KHZ一下的频率。这种方法取长补短，既能准确的测高频又能测低频。 综上所述，测量方法我选用方案三。 3. 界面显示方案的选择 方案一：采用数码管显示，控制程序简单，价格便宜，显示直观。 方案二：液晶5110，虽然体积小，可以显示各种文字，字符和图案。 考虑到数码管完全可以满足数据显示要求，所以显示部分我选用方案一。 二、理论分析与计算 1、键盘设计 系统中我们采用独立键盘，用2个I/O控制2个键。原理是将2个I/O口直接接键盘的2个引脚，低电平有效，这种键盘的优点反应的速率快。 2、计算公式 （1）测频： 1khz以上：被测频率=时钟频率*（被测频率计数/时钟频率计数） 1khz以下：被测频率=时钟频率/（时钟频率在被测信号高电平计数+时钟频率在被测信号低电平计数）
高精度时间间隔测量方法
高精度时间间隔测量方法综述 孙杰潘继飞 （解放军电子工程学院，安徽合肥，230037） 摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的基础上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。 关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换 Methods of High Precision Time-Interval Measurement SUN Jie , PAN Ji-fei （Electronic Engineering Institute of PLA, HeFei 230037, China） Abstract: Technology of time-interval measurement has been applied in many fields. How to improve its precision is an emergent question. On the bases of analyzing electronic counter’s principle and error, this paper puts emphasis upon introducing high precision time-interval measurements all over the world. All these methods aim at electronic counter’s principle error, and obtain special effect. Lastly, the progress direction and application foreground of high precision time-interval measurement methods are predicted. Key Words: time interval; principle error; interpolating; time-to-digital conversion; time-to-amplitude conversion 0引言 时间有两种含义，一种是指时间坐标系中的某一刻；另一种是指时间间隔，即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间，因此，时间间隔测量属于时间测量的范畴。 时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用，因此，如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法，指出其发展趋势，为研究新的测量方法指明了方向。 1 电子计数法 1.1 测量原理与误差分析 在测量精度要求不高的前提下，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了实际应用，其测量原理如图1所示：
PIC单片机等精度测量频率法
PIC单片机等精度测量频率法 单片机测量频率，是一个比较常见但又不好解决的问题。主要是测量频率是高端和低端不能兼顾的问题。测量频率无非两种方法： 1.在一段固定的时间及脉冲的个数，然后除时间得到频率。 2.测量脉宽计算频率。 第一种方法，适合测频率在1KHz以上的脉冲信号。因为要保证测量精度在0.1%，至少要保证脉冲个数在1000个，假设测10HZ左右的信号，则一个测试周期需要100秒，这显然不是我们所能接受的。 第二种方法，适合测频率小于1KHz的信号。因为要保证测量精度在0.1%，在一个脉冲宽度（1ms）内，作为时标的定时器至少要走1000个数（此时PIC 的晶振理论上至少也要4MHz）。事实上，想利用上述两种方法精确测量宽范围的频率，几乎是不可能的。PIC系列特有的平级中断，也使其测量频率比51系列测量困难。 等精度数字测频基本框图 等精度数字测频基本框图如下 fx 图中的闸门G1、G2分别用来控制输入信号周期计数和闸门时间宽度计时。其中，G1与输入信号同步，这样可使计数器N1的量化误差dN1=0。计数器N2对标准时标信号Tc进行计数，并以此来测量实际的闸门宽度Tg,则输入信号的频率可表示为： fx=N1/Tg=N1/(Tc*N2) 标准时标信号采用单片机自身的工作时钟，可看作常数。因此fx的相对误差为： dfx/fx=dN1/N1-dN2/N2=-dN2/N2 式中，dN2为计数器N2产生的量化误差，最大为±1个Tc，在实际设计中，选择适当的时标Tc和闸门宽度Tg可是N2始终足够大，以次在fx的全频段范围内得到足够高的精度。 等精度测量法的实质就是一种变相的测脉宽法。 在实际使用时（PIC为例），可将Timer0作计数器N1，Timer1作计数器N2，
全国大学生电子设计大赛题一等奖数字频率计
2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题）
摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法
目录
1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。
计算机毕业论文_基于FPGA的等精度频率计的设计与实现
目录 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第一章 FPGA及Verilog HDL．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 FPGA简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 Verilog HDL 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第二章数字频率计的设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1 设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.2 频率测量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.3．系统的硬件框架设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.4系统设计与方案论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第三章数字频率计的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1系统设计顶层电路原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.2频率计的VHDL设计．...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第四章软件的测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1测试的环境——MAX+plusII．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.2调试和器件编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.3频率测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
等精度频率的测量设计报告
等精度频率的测量设计报告 报告人：朱伯程（074100138）周哲远（074100137） 报告摘要：本文介绍了一种同步测周期计数器的设计，并基于该计数器设计了一个高精度的数字频率计。文中给出了计数器的VHDL编码，并对频率计的FPGA实现进行了 仿真验证，给出了测试结果。同时在分析了等精度测频在实现时存在的问题的基 础上,介绍了一种基于自适应分频法的频率测量技术,可达到简化测量电路、提高 系统可靠性、实现高精度和宽范围测量的目的 关键词：频率计VHDL FPGA 周期测量等精度自适应分频 一、实验原理 1．频率测量的几种方法： 工程上测量频率和周期的方法一般可以分为无源测频法、有源比较法、电子计数器3种。无源测频法又可分为谐振法和电桥法，常用于频率粗测，精度在1%左右。有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用信号线性叠加，产生拍频现象，通过检测零差后现象测频，常用于低频测量，误差在零点几赫;后者是利用两个信号非线性叠加，产生差频现象，通过检测零差现象测频，常用于高频测量，误差为士20Hz左右。可见，以上在测量范围和精度上都难以达到要求。 电子计数器的测频原理实质上以比较法为基础，它将被测信号频率人与时基信号频率相比，两个频率相比得到的结果以数字的形式显示出来。同时，它在测量范围和精度上都能达到要求。 2．等精度测频基本原理 等精度频率测量技术又叫做多周期同步测量技术，它主要由被测信号计数器、参考信号计数器、同步闸门控制器、采样时间控制器以及运算单元等组成，工作原理下图所示。 波形图解：
根据设计任务的要求，因此我们选择用等精度测量法进行系统设计。 二、实验任务与要求 （一）任务设计一个简易等精度频率计。 （二）要求 a.测量范围信号：方波幅度：TTL电平； 频率：1Hz～1MHzb.测试误差≤0.1%（全量程） * 闸门时间：～1s，响应时间：～2s乘除运算： 单片机、FPGA、计算器计算 三、系统总体方案设计 根据测频过程的思路,可编写相应的软件。测频程序流程图下图所示： 根据流程图与要求，本实验的需要注意的地方： 1．计数器的位数。由于要测量的频率范围为1Hz~1MHz。所以可以设置计数器位数为20位。对于基准信号的频率，选用1MHz的标准脉冲信号。 2．分频器。首先要进行2分频。（供粗测使用）。再进行任意分频，供精测使用。 3．锁码器。为的是稳定计数器的最后数据。 4．在第一次计数完成之后，要能自动对计数器进行清零。
单片机相位差测试仪研究报告
_____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_ 基于单片机的相位差测试仪的研究 摘要 提出了一种基于8051单片机开发的低频数字相位差测量仪的设计。系统以单片机8051 及计数器，显示管为核心，构成完备的测量系统。可以对1Hz?1000Hz频率范围的信号进行 频率、相位等参数的精确测量，测相绝对误差不大于1°采用数码管显示被测信号的频率、相位差。硬 件结构简单，程序简单可读写性强，软件采用汇编语言实现，效率高。与传统的电路系统相比，其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。 关键词：相位差；单片机；计数器；数码显示管 Designsof Low frequency Digital PhaseMeasurement Based on Single Chip Abstract A new ki nd of low - freque ncy digital phase measureme nt in strume nt is reside nted which is based on 8051.This is a complete system whose core is based on sin gle chip 8051 and arithmometer
and charactr on .It may measure the freque ncy and phase of the sig nal which beg in from 1 Hz to _____________________ 个人资料整翌_仅限学习使用_ 1000Hz, absolute error is not more than 1 The data are displayed on numeral displayer. Hardware structure is simple and software is realized by compiling Ianguage. Compared with traditional circuit, it has many adva ntages of faster process ing speed, good stability and high ratio betwee n property and price. Keyword: phase difference single-chip compute; . Arithmometer；charactron tube 目录
等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计 李艳秋 摘要 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。 关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGA Ⅱ
ABSTRACT Along with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precision Keywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate array Ⅱ
电力系统频率的高精度测量方法研究
电力系统频率的高精度测量方法研究 频率是电力系统和电气设备的重要运行参数,频率测量是电力系统和电气设备运行、监测、控制以及继电保护的基础。本文简单地介绍了测量电力系统频率的常用方法,对如何利用傅立叶算法计算电力系统频率进行了详细说明,以及对误差进行了分析。通过分析说明该算法选择适当的窗函数或者对采样间隔进行自适应调整可以满足高速、精确的测量要求。 标签：频率测量电压信号窗函数 0 引言 电能是当今世界主要能源之一,它的质量标准是以频率、电压和波形来衡量的。电能质量的好坏直接影响工农业生产和人民的生活。因此,正确地进行系统频率、电压管理,保证合格的电能质量,是相当重要的。 频率是检验电能生产质量的指标之一,也是衡量电力系统运行状态的重要参数。它反映了负荷与电源之间的动态能量平衡。在电力系统中,当系统电源出力低于负荷标称频率下的功率消耗,且系统热备用容量明显不足时,系统将由于有功不足导致电源机组低速运转而使系统频率下降,如不采取有效措施,将导致机组损坏、系统瓦解的重大恶性事故。因而电力系统运行中的主要任务之一,就是对频率进行监视和控制。同时,国民经济对电力供应的依赖性愈来愈强,电力用户对电能质量的要求愈来愈严格;从而,电力生产对电力系统频率测量提出了更高的要求。 本文介绍了测量电力系统频率的常用方法,对如何利用傅立叶算法计算电力系统频率进行了详细说明,并对误差进行了分析。通过分析说明该算法选择适当的窗函数或者对采样间隔进行自适应调整可以满足高速、精确的测量要求。 1 傅立叶算法 1.1 傅立叶算法的基本原理首先假设系统电压信号仅含基频分量,系统的额定基频为采样频率为f0,系统的实际频率为f=f0+△f,则电压信号可表示为: (1) 令,则 (2) 用离散差分方程代替(1-2)式的求导,并取时间间隔为一个测量周期T0=1/f0,得,则
采用等精度测频原理的频率计的设计
采用等精度测频原理的频率计的设计 一.设计要求 1.设计一个用等精度测频原理的频率计。 2.频率测量测量范围１~9999; 3．用4位带小数点数码管显示其频率; 二．测频原理及误差分析 1.常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。 2.测频法就是在确定的闸门时间Ｔw内,记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：ｆx=Nx/Tw。 3．测周期法需要有标准信号的频率ｆs,在待测信号的一个周期Ｔx内,记录标准频率的周期数Ns,则被测信号的频率为:fx=fs/Ns。 4．这两种方法的计数值会产生±1个字误差,并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度,一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法,因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。 ５．等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。 6.它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍,即与被测信号同步,因此，测除了对被测信号计数所产生±１个字误差,并且达到了在整个测试频段的等精度测量。 等精度测频原理波形图 7．在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。 8.首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数,而是等到被测信
号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。 然后预置闸门关闭信号(下降沿）到时,计数器并不立即停止计数,而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数,完成一次测量过程。可以看出,实际闸门时间τ与预置闸门时间τ1并不严格相等,但差值不超过被测信号的一个周期 9．设在一次实际闸门时间τ中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。 10.标准信号的频率为fs,则被测信号的频率为 11．由式(１)可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为 １2.δ=(|fxc-fx｜/fxe)×100% (2) 1３.其中fxｅ为被测信号频率的准确值。 14.δ=|ΔNs|/Nｓ≤１/Nｓ＝1/(τ·fs) ?由上式可以看出,测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标 准信号频率有关,即实现了整个测试频段的等精度测量。 ?闸门时间越长,标准频率越高，测频的相对误差就越小。 ?标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生,在保证测量精度不变的前提 下,提高标准信号频率,可使闸门时间缩短，即提高测试速度。 等精度测频的实现方法可简化为下图所示的框图 三．设计步骤 ?CNＴ1和ＣＮT2是两个可控计数器，标准频率（fs）信号从CNＴ1的时钟输入端ＣLK 输入；经整形后的被测信号(fx)从CNT2的时钟输入端CLK输入。 ?每个计数器中的ＣEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。 ?当预置门信号为高电平(预置时间开始)时,被测信号的上升沿通过D触发器的输出端,
单片机数字相位差计的设计
XXXXXX项目式教学 设计报告 课程名称：电路综合设计 项目名称：单片机数字相位差计的设计专业班级： 学生姓名： 指导教师： 开课时间： 报告成绩：
数字相位差计的设计与实现 摘要 随着数字电子技术的发展，由数字逻辑电路组成的控制系统逐渐成为现代检测技术中的主流，数字测量系统也在工业中越来越受到人们的重视。 在实际工作中，常常需要测量两列频率相同的信号之间的相位差，来解决实践中出现的种种问题。例如，电力系统中电网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时需要精确测量两列工频信号之间的相位差。如果两列信号之间的相位差达不到相同，会出现很大的电网冲激电流，对供电系统产生巨大的破坏力，所以必须精确地测量出两列信号之间的相位差。本设计由STC89C51构成的最小系统，通过外围扩展，精确测量工频电压的相位差，采用LCD1602显示相位差，功耗小，精确度高，稳定性能好，读数方便且不需要经常调试。 关键词：单片机、低频、相位差、LCD
一、绪论 1.1课题的意义 众所周知，相位是交变信号的三要素之一，而相位差则是研究两个相同频率交流信号之间关系的重要参数。相位差的测量是电气测量的一项基本内容，其含义为测量两个同频率周期信号的相位差值。 例如某一电路系统输入信号与输出信号之间的相位差，三相交流电两个相电压或两个线电压之间的相位差，相电压与相电流之间的相位差等。 又如，在自动控制理论中，系统的相频特性为在不同频率正弦信号作用下，系统的输出信号与输入信号之间的相位和频率的函数关系。 此外，同频率正弦信号的相位差测量在工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有着广泛的应用。如电工领域中的电机功角测试，等等。 因此相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。 1.2课题要求 本设计研究了一种可测20Hz-20kHz 内波形（正弦波、三角波、矩形波）数字相位差测量仪的设计方法。主要内容是以STC89C51为控制核心，实现对音频范围内的正弦交流信号的相位的测量，可测的信号相位差在0～360? 度范围内，测量精度可达0.1? 。两路信号（同频、不同相）通过过零比较器电路整形成矩形波信号，再通过鉴相器，D 触发器二分频得到相位差信号。这样就构成了相位测量系统的测量电路。再将该相位差信号送入单片机的外部中断端口，通过单片机对数据的处理，最后方可得到所要测量的相位差，并在液晶上显示出测量结果。 二、相位测量方案论证与选择 2.1设计方案论证 方案1：相位——电压转换法 相位--电压转换式数字相位计的原理框图如图2-1
全国大学生电子设计大赛F题一等奖数字频率计
2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品
设计报告 部分错误未修正，软 件部分未添加
竞赛选题：数字频率计（F 题）
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摘要
本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度 的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法， 全部电路使用 PCB 制版，进一步减小误差。
AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度， 且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率 范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为 1s 的等精度测量法。闸门时 间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了 系统精度。
经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指 标上远超赛题发挥部分要求。
关键词：FPGA 自动增益控制 等精度测量法
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目录
摘 要....................................................................................................................1 目录........................................................................................................................ 2 1. 系统方案...................................................................................................3
1.1. 方案比较与选择................................................................................3 1.1.1. 宽带通道放大器.........................................................................3 1.1.2. 正弦波整形电路.........................................................................3 1.1.3. 主控电路.....................................................................................3 1.1.4. 参数测量方案.............................................................................4
1.2. 方案描述............................................................................................4 2. 电路设计...................................................................................................4
2.1. 宽带通道放大器分析........................................................................4 2.2. 正弦波整形电路................................................................................5 3. 软件设计...................................................................................................6 4. 测试方案与测试结果...............................................................................6 4.1. 测试仪器............................................................................................6 4.2. 测试方案及数据................................................................................7
4.2.1. 频率测试.....................................................................................7 4.2.2. 时间间隔测量.............................................................................7 4.2.3. 占空比测量.................................................................................8 4.3. 测试结论............................................................................................9 参考文献................................................................................................................ 9
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高精度测频率
一.捕获法 现给出主要代码CaiJi.c #include "stm32f10x.h" #include "CaiJi.h" //配置系统时钟,使能各外设时钟 void RCC_Configuration(void) { SystemInit(); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟配置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_AFIO , ENABLE ); } void GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } void NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; #ifdef VECT_TAB_RAM NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM, 0x0); #else NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0); #endif NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);
相位差检测
目录 一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。 二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。 移相电路 ......................... 错误!未定义书签。 检测电路 ......................... 错误!未定义书签。 显示电路 ......................... 错误!未定义书签。 三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。 设计流程图........................ 错误!未定义书签。 电路图 ........................... 错误!未定义书签。 移相电路图................... 错误!未定义书签。 检测电路图................... 错误!未定义书签。 显示电路图................... 错误!未定义书签。 四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。 移相效果 ......................... 错误!未定义书签。 相位差波形........................ 错误!未定义书签。 相位差度数........................ 错误!未定义书签。 五、误差分析........................... 错误!未定义书签。 误差分析 ......................... 错误!未定义书签。 六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。 七、参考文献........................... 错误!未定义书签。 八、附录............................... 错误!未定义书签。 元器件清单........................ 错误!未定义书签。
等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计 （Design of equal precision digital frequency meter）作者：李欢（电子工程学院光信息科学与技术 1103班） 指导教师：惠战强 摘要：伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。 数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的历史及其优点，然后介绍了频率测量的一般原理。 关键字：电子设计自动化；VHDL语言；频率测量；数字频率计 Abstract The Electronic Design Automation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuit's growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science, can be used in designing electronic product automatically. Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies.We firstly present some background information of EDA, FPGA/CPLD and VHDL;then introduced the general principle of frequency measurement. Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter.