Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｙｍｏｍｅｔｅｒ；Ｅｑｕａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ＭＣＵ：ＦＰＧＡ
Ｏ 引言
随着电子技术的发展，在信号频率测量中对准 确性的要求也越高。基于传统测频原理的频率计的 测量精度随被测信号频率的变化而变化，在实际应 用中有较大的局限性，等精度频率计不但具有较高 的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测 量精度。传统的以单片机为核心的测频系统，测频 速度较慢，无法满足高速、高精度的测频要求。而 ＦＰＧＡ器件通过编程，在芯片内部可以实现高速、 宽范围的测频。在逻辑运算、智能控制方面，单片 机具有不可替代的优越性；而在高速、稳定性等方 面，ＦＰＧＡ是首选。故结合单片机与ＦＰＧＡ器件的 优点，对等精度频率计系统进行设计。
单片机程序设计流程如图４，首先向ＦＰＧＡ发 预置门控信号ＣＴＲＬ，然后通过查询ＳＴＡＲＴ信号的 变化来判断测频是否完成，若测频完成，则控制 ＳＥＬ选择信号通过ＦＰＧＡ中的６４位至８位多路选 择器ＭＵＸ６４－８，将计数器￥ＴＤ—ＣＮＴ和ＸＦ ＣＮＴ 中２个３２位数据分８次读回单片机并按（宰水）式进 行计算和结果显示。显示数据的量程范围根据计算 出的数据结果实现自动调整。
第２８卷第３期 ２００９年３月
鼻工Ｉ动仡 Ｏｒｄｎａｎｃｅ［ｎｄｕｓｔｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
Ｖ０１．２８，Ｎｏ．３ Ｍａｘ．２００９
文章编号：１００６—１５７６（２００９）０３—００７９—０２
基于单片机与ＦＰＧＡ的等精度频率计设计
吴海明，王伟 （中国兵器工业第五八研究所军用电子产品事业部，四川绵阳６２１０００）
摘要：根据等精度测频原理，剃用单片机与ＦＰＧＡ结合设计等精度数字频率计．待测频率信号经过整形放大后 输入到ＦＰＧＡ，单片机控制ＦＰＧＡ通过内部脉冲计数器对待测信号和标准信号源同时计数，单片机读回测频数据后， 经运算处理后显示．等精度频率计测频精度高，且精度不随频率的变化而变化。单片机与ＦＰＧＡ结合，测频速度快， 范围宽，可靠性高．
【２】潘松，王国栋，ＶＨＤＬ实，用教程【Ｍ】．成都：电子科技大 学出版社，２００１．
【３】徐维祥，刘旭敏．单片微型机原理及应用【Ｍ】．大连： 大连理工大学出版社，１９９６．
【４】马忠梅，籍顺心，张凯，等．单片机的Ｃ语言应用程序 设计（第３Ｒ）（Ｍ１．北京：北京航空航天大学出版社，
２００３．
基于单片机与FPGA的等精度频率计设计
图４单片机程序流程图
４ 结束语 通过验证，该系统的设计实现了所需功能，达
到预期目的。和传统的频率计相比，该频率计简化 了电路板的设计，提高了系统设计的实现性和可靠 性，测频范围达到１００ ＭＨｚ，实现了数字系统硬件 的软件化，是数字逻辑设计的新趋势。
参考文献：
【ｌ】王振红．ＶＨＤＬ数字电路设计与应用实践教程【Ｍ】．北 京：机械工业出版社，２００３．
数据输出 通道选择
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图２ 等精频率计主控模块结构框图
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图３ 等精度频率计测控时序图
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图１ 等精度频率计系统框图
２等精度测频原理
的时间宽对测频精度几乎没有影响。＿ｃｔｒｌ
等精度测频的实现可用图２的结构框图和图３ 的时序图来说明。图２中“预置门控信号”ＣＴＲＬ 由单片机发出，设其宽度为Ｔ＿ｃｔｒｌ，在０．１～１Ｓ的范 围内，Ｔ ＳＴＤ—ＣＮＴ和ＸＦ＿ＣＮＴ模块是２个可控的３２位高速 计数器，Ｓ—ＥＮ和Ｘ』Ｎ分别是计数允许端，高电 平有效。标准频率信号通过ＳＴＤ—ＣＮＴ的时钟输入 端Ｓ—ＣＬＫ输入，设其频率为Ｆｓ；经整形后的被测 信号通过另一个３２位计数器ＸＦ ＣＮＴ的时钟输入 端Ｘ—ＣＬＫ输入，设其频率值为Ｆｘ。
3.期刊论文 谈学 基于单片机的等精度频率计设计 -重庆工商大学学报(自然科学版)2004,21(2)
针对传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低,在实用中有较大的局限性,在对等精度测量原理和测量误差进行详尽介绍和分 析的基础上,介绍了基于单片机的等精度频率计的系统构成和工作原理,以及系统的硬、软件设计.
关键词：频率计；等精度：单片机；ＦＰＧＡ 中图分类号：ＴＰ３０２ 文献标识码：Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｑｕａｌ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃｙｍｏｍｅｔｅｒ ｂｙ ＭＣＵ ａｎｄ ＦＰＧＡ
ＷＵ Ｈａｉ—ｍｉｎｇ．ＷＡＮＧ Ｗｅｉ （Ｓｈｉｗｅｉ Ｅｌｅｃ．Ｃｏ Ｌｔｄ．，Ｎｏ．５８ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ。Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０００。Ｃｈｉｎａ）
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1.期刊论文 李宝营.赵永生.祖龙起.牛悦苓.LI BAOYING.ZHAO YONGSHENG.ZU LONGQI.NIU YUELING 基于单片机的
等精度频率计设计 -微计算机信息2007,23(26)
本文采用单片机AT89C52作为系统控制单元,辅以适当的软、硬件资源完成以单片机为核心的等精度频率计设计.通过单片机对同步门的控制,使被测 信号和标准信号在闸门时间内同步测量,为了提高精度,将传统的测频功能转为测周期,采用多用期同步测量技术,实现了等精度测量.等精度频率测量方法 消除了量化误差,可以在整个测试频段内保持高精度不变,其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化.
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｑｕａｌ ｃｙｍｏｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵ ａｎｄ ＦＰＧＡ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ａｆｔｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｓ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｉｎ ＦＰＧＡ；ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｉｇｎａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｗｅｒｅ ｃｏｕｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ＦＰＧＡ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ＭＣＵ；ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ａｆｔｅｒ ＭＣＵ ｈａｓ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄａｔａ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｔ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ＭＣＵ ｗｉｔｈ ＦＰＧＡ ｈａｓ ｒａｐｉｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．
收稿日期：２００８—０９一０８ｉ修回日期：２００８—１１－０６ 作者简介：吴海明（１９８０一）。男，内蒙古人，在读硕士，从事嵌入式系统研究。
万方数据
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兵工自动化
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4.学位论文 张永安 基于CPLD的多功能等精度数字频率计的设计 2004
该文主要论述了利用CPLD进行测频计数,单片机实施控制实现多功能频率计的设计过程.该频率计利用等精度的设计方法,克服了基于传统测频原理的 频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低的缺点.等精度的测量方法不但具有较高的测量精度,而且在整个频率区域保持恒定的测试精度.该频率计 利用CPLD来实现频率、周期、脉宽和占空比的测量计数.利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出.该文详细论述了硬件电路的组 成和单片机的软件控制流程.其中硬件电路包括键控制模块、显示模块、输入信号整形模块以及单片机和CPLD主控模块.设计器件采用Atmel公司的单片机 AT89C51和Altera公司的EPM7128SLC84-15.键控制模块设置5个功能键和3个时间选择键,键值的读入采用一片74LS165来完成;显示模块用8只74LS164完成 LED的串行显示;被测信号经限幅后由两级直接耦合放大器进行放大,再经施密特触发器整形后输入CPLD;标准频率采用50MHz;单片机软件用汇编语言编写 ,软件模块对应于硬件电路的每一个部分,还包括部分数据计算和转换模块.
率信号。单片机电路模块也是本系统的核心之一，
控制ＦＰＧＡ进行测频操作，并读取测频数据，做出
相应数据处理。显示模块采用７个数码管显示测试
结果。键盘模块是系统设计中的可选扩展模块，可
以设计更多的按键用来实现其他控制功能。
被 口信号—叫信号放大整形电路卜怔亟；ｊ】Ｈ 茔
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ｌ 系统组成
等精度频率计的系统框图如图ｌ，该系统主要 包括信号放大整形电路、测频电路、标准频率源、 单片机控制模块、显示模块和可扩展键盘模块。
其中，信号放大整形电路用来完成对待测信号 的前端处理，以便作为ＦＰＧＡ的输入信号。测频电 路是系统的核心电路模块，由ＦＰＧＡ实现。标准频
率源由１００ＭＨｚ的晶振实现，为ＦＰＧＡ提供标准频
2.期刊论文 倪伟.张粤.Ni Wei.Zhang Yue 基于CPLD的等精度频率计的研制 -电气自动化2006,28(3)
本文以等精度频率计的研制为背景,介绍了等精度频率计的系统硬件结构及工作原理,并从应用的角度阐述了基于微处理器89C51芯片、CPLD的控制系 统设计方法,以及CPLD模块的VHDL语言描述.
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
吴海明， 王伟， WU Hai-ming， WANG Wei 中国兵器工业第五八研究所,军用电子产品事业部,四川,绵阳,621000