cpld复合单片机的等精度测频系统设计软件部分
频率检测作为电子测量畛域中最基础的测量，常用于间接测量工程中其它的物理量。由于频率信号具备其它物理量不具备的特性，因而测频的手段也就受到越来越多的关注。与传统测频方法有所区别的是，等精度测频法能够保证在测量的过程中，持续进行等精度的测量，同时被测信号的变动是不会影响到测量的精度的。本课题开展了基于CPLD复合单片机的等精度测频系统的设计，以下为整个设计的流程 概述了本课题的研究背景和意义，简述了频率测量研究的现状以及发展的趋向，制定了与该课题相对应的工作内容。说明了等精度测频系统的总体设计，阐述了等精度测频系统实现的功能。本课题在设计的过程中，结合硬件并且综合运用了Keil uVision4和Quartus II 9.0来完成等精度测频系统的软件设计。 通过与做硬件设计的同学焊接好的硬件电路进行联合调试，达到了本课题的基本要求。最后，对本设计进行总结，并瞻望频率测量的发展前景。关键词 等精度测频，EDA技术，CPLD，单片机，Keil uVision4，Quartus II 9.0
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋向 1
1.3 工作内容 3
2 等精度测频系统的总体设计 3
2.1 测量原理 3
2.2 等精度测频系统的设计方案 5
2.3 总体功能 6
3 硬件设计 6
3.1 总体设计框图 6
3.2 单片机控制模块 7
3.3 CPLD测频模块 9
4 软件设计 11
4.1 开发工具介绍 12
4.2 单片机控制模块的程序设计 12
4.3 CPLD测频模块的程序设计 18
5 系统调试 23
5.1 软件调试 24
5.2 软硬件联调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 31
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
在电子测量领域里，频率检测是用来驱动电子系统或者通信系统工作的重要手段；在我们的日常活动中，我们所 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
需要的各种信息都可以通过测量频率来获得[1]。例如，我们日常生活中所用到的电子钟表，就可以看做是一个测量频率的小仪器，通过频率的测量我们可以轻轻松松地计算出时间的长短，从而更加方便、合理的规划和利用时间，以便创造出更多的价值量；再比如说，在各类装有GPS功能的电子设备中，GPS设备与GPS卫星之间的物理距离就是通过测频的方式获取的，从而更加精确的计算出相应的地理坐标，以确保电子设备能够达到定位的功能。由此可见，频率的测量在我们日常的生活中是随处可见的，我们时时刻刻都在利用这种测量手段来维持我们正常的生活质量。
由于计算机技术和微电子技术的兴盛，特别是单片机的发明与发展，使得以往的测量仪器在许多方面都发生了显著的变化，从而一种打破传统理念的新型测量仪器就应运而生了[2]。测量与仪器作为一个将多个学科的理论知识相结合的行业，在诸多畛域里都起到了技术保障的作用。测频仪器身为一种经常使用到的物理工具，可以用来间接的测量工程中的诸多能够转化为频率量的物理量，这也就使得高精度的频率测量技术自然而然的成为各个行业不可缺少的技术[3]。
高精度的测频仪器有着宽泛的应用领域。为了保证频率测量的准确度，以往的电子测频仪器通常都是以中界频率为边限的，再通过待测信号大致的频段信息，来选择测量待测信号的手段的，这就使得在实际测量频率的时候很不方便，并且被测信号变化的同时也会影响到测量的精度的变化[4]。本课题设计的基于CPLD复合单片机的等精度测频系统所采用的是等精度的测频原理，不单单能使整个测频系统获得较高的测量精度，并且在整个测试的过程中是可以保证稳定的测量精度的。综上所述，基于CPLD复合单片机的等精度测频系统适应了经济发展的趋势，满足了人们的日常需求，具有较高的研究价值。
1.2 研究现状和发展趋向
由于电子电路技术的发展，测频系统的设计技术也正稳步向前发展。以往都是选用分立元器件来构造频率测量系统的，不单单是设计所需的周期长、元器件的稳定性差，而且设计出来的测频系统的成品体积大、功耗高[5]。正因为集成电路和数字电子技术的兴盛，使用单片机和单元电路设计的数字频率系统也就得到了更加宽泛的使用。将使用单片机和单元电路设计的数字频率计与采用分立元件所设计的分立式频率系统做对比，一方面，数字频率计既能够缩小测频系统成品的体积，又提升了测频系统相应的稳定性；另一方面，设计的周期长以及电路复杂依旧是数字频率计存在的弊端，并且数字频率计的测量领域也是受到限制的，对于不同的待测信号是需要根据实际的情况进行专门的电路设计，才能够测量相应的频率值的，因此数字频率系统的灵活性相对来说就比较差了[6]。
随着社会和科技发展的需求，以及相关行业对信息传输和信息处理要求的升高，测频的精度要求相对来说也就更加高了，因此也就需要更加精细的测量频率的技术[7]。测频的精度如何，关键是要看所选用的标准频率的精度如何、测量的设施和测量的手段。目前，在各个领域所使用的测频的方法有很多。在这些测频方法之中，直接测频法比较简单，但是精度不高；多周期同步法的测量精度可以达到很高。很显然，各种测频手段在各个应用领域里是具备各自的优缺点的[8]。
当下，许多高精度、宽范围的测频仪器大多都是以单片机为核心，通过单片机结合外部的高速计数器来实现频率的测量的[9]。虽然采用单片机构成的测频仪器运算方便，并且硬件电路较传统的测频仪器也更加简单，但是单片机却会受到一些自身条件的限制，导致了测频速度的迟缓，从而束缚了相应产品的工作效率的提升，并且外部专用的计数器芯片也会影响测量的精度。伴随着电子设计自动化（EDA）技术的兴盛，以及可编程逻辑器件CPLD的普遍使用，传统的电子系统的设计思路被扭转了[10]。由于将电子设计自动化技术运用到各类电子产品的设计中，致使单片机较强的数据处理、逻辑控制、人机对话功能和可编程逻辑器件的高速、高集成度、高可靠性相结合，最终造就了当今电子系统的设计在各个领域的应用上都发生了质的转变[11]。
本次课题所设计的基于CPLD复合单片机的等精度测频系统主要是应用在对测量精度要求高的领域，因此我们决定采用等精度测频的原理来实现本课题的等精度测频系统的设计。
1.3 工作内容
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋向 1
1.3 工作内容 3
2 等精度测频系统的总体设计 3
2.1 测量原理 3
2.2 等精度测频系统的设计方案 5
2.3 总体功能 6
3 硬件设计 6
3.1 总体设计框图 6
3.2 单片机控制模块 7
3.3 CPLD测频模块 9
4 软件设计 11
4.1 开发工具介绍 12
4.2 单片机控制模块的程序设计 12
4.3 CPLD测频模块的程序设计 18
5 系统调试 23
5.1 软件调试 24
5.2 软硬件联调试 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 31
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
在电子测量领域里，频率检测是用来驱动电子系统或者通信系统工作的重要手段；在我们的日常活动中，我们所 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
需要的各种信息都可以通过测量频率来获得[1]。例如，我们日常生活中所用到的电子钟表，就可以看做是一个测量频率的小仪器，通过频率的测量我们可以轻轻松松地计算出时间的长短，从而更加方便、合理的规划和利用时间，以便创造出更多的价值量；再比如说，在各类装有GPS功能的电子设备中，GPS设备与GPS卫星之间的物理距离就是通过测频的方式获取的，从而更加精确的计算出相应的地理坐标，以确保电子设备能够达到定位的功能。由此可见，频率的测量在我们日常的生活中是随处可见的，我们时时刻刻都在利用这种测量手段来维持我们正常的生活质量。
由于计算机技术和微电子技术的兴盛，特别是单片机的发明与发展，使得以往的测量仪器在许多方面都发生了显著的变化，从而一种打破传统理念的新型测量仪器就应运而生了[2]。测量与仪器作为一个将多个学科的理论知识相结合的行业，在诸多畛域里都起到了技术保障的作用。测频仪器身为一种经常使用到的物理工具，可以用来间接的测量工程中的诸多能够转化为频率量的物理量，这也就使得高精度的频率测量技术自然而然的成为各个行业不可缺少的技术[3]。
高精度的测频仪器有着宽泛的应用领域。为了保证频率测量的准确度，以往的电子测频仪器通常都是以中界频率为边限的，再通过待测信号大致的频段信息，来选择测量待测信号的手段的，这就使得在实际测量频率的时候很不方便，并且被测信号变化的同时也会影响到测量的精度的变化[4]。本课题设计的基于CPLD复合单片机的等精度测频系统所采用的是等精度的测频原理，不单单能使整个测频系统获得较高的测量精度，并且在整个测试的过程中是可以保证稳定的测量精度的。综上所述，基于CPLD复合单片机的等精度测频系统适应了经济发展的趋势，满足了人们的日常需求，具有较高的研究价值。
1.2 研究现状和发展趋向
由于电子电路技术的发展，测频系统的设计技术也正稳步向前发展。以往都是选用分立元器件来构造频率测量系统的，不单单是设计所需的周期长、元器件的稳定性差，而且设计出来的测频系统的成品体积大、功耗高[5]。正因为集成电路和数字电子技术的兴盛，使用单片机和单元电路设计的数字频率系统也就得到了更加宽泛的使用。将使用单片机和单元电路设计的数字频率计与采用分立元件所设计的分立式频率系统做对比，一方面，数字频率计既能够缩小测频系统成品的体积，又提升了测频系统相应的稳定性；另一方面，设计的周期长以及电路复杂依旧是数字频率计存在的弊端，并且数字频率计的测量领域也是受到限制的，对于不同的待测信号是需要根据实际的情况进行专门的电路设计，才能够测量相应的频率值的，因此数字频率系统的灵活性相对来说就比较差了[6]。
随着社会和科技发展的需求，以及相关行业对信息传输和信息处理要求的升高，测频的精度要求相对来说也就更加高了，因此也就需要更加精细的测量频率的技术[7]。测频的精度如何，关键是要看所选用的标准频率的精度如何、测量的设施和测量的手段。目前，在各个领域所使用的测频的方法有很多。在这些测频方法之中，直接测频法比较简单，但是精度不高；多周期同步法的测量精度可以达到很高。很显然，各种测频手段在各个应用领域里是具备各自的优缺点的[8]。
当下，许多高精度、宽范围的测频仪器大多都是以单片机为核心，通过单片机结合外部的高速计数器来实现频率的测量的[9]。虽然采用单片机构成的测频仪器运算方便，并且硬件电路较传统的测频仪器也更加简单，但是单片机却会受到一些自身条件的限制，导致了测频速度的迟缓，从而束缚了相应产品的工作效率的提升，并且外部专用的计数器芯片也会影响测量的精度。伴随着电子设计自动化（EDA）技术的兴盛，以及可编程逻辑器件CPLD的普遍使用，传统的电子系统的设计思路被扭转了[10]。由于将电子设计自动化技术运用到各类电子产品的设计中，致使单片机较强的数据处理、逻辑控制、人机对话功能和可编程逻辑器件的高速、高集成度、高可靠性相结合，最终造就了当今电子系统的设计在各个领域的应用上都发生了质的转变[11]。
本次课题所设计的基于CPLD复合单片机的等精度测频系统主要是应用在对测量精度要求高的领域，因此我们决定采用等精度测频的原理来实现本课题的等精度测频系统的设计。
1.3 工作内容
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