cpld复合单片机的等精度测频系统设计硬件部分
本毕业设计提出了一种基于STC89C52单片机以及CPLD进行开发操作的数字测频系统。该系统以单片机STC89C52及CPLD为核心，完成了测量系统的设计。在本毕业设计中，采用了先进的自上而下的顶层设计方案，使得该测量系统编写更加方便。该测频系统可以对信号进行频率、周期、占空比以及正脉宽这些参数的精确测量，其中测频的信号范围是1 Hz——1 MHz，绝对误差不大于0.01 HZ。在该系统中，采用液晶屏LCD1602型号，来显示被测信号的频率、周期、占空比以及正脉宽系数。此测频系统采用键盘模块通过对四个按键的选择，来实现测量频率、周期、占空比、脉宽这四个功能之间的选择切换。该系统有测频范围宽、精度高、处理速度快、可靠性高、稳定性高、性价比高、结构紧凑、体积较小、硬件结构简单的优点。关键词 单片机，EDA技术，CPLD，频率计
目 录
1引言1
1.1 研究背景1
1.2 研究内容2
1.3 设计要求2
1.4 设计方案比较2
1.5 开发工具介绍4
2 硬件电路的设计4
2.1 总体结构设计4
2.2 主要芯片的选择5
2.3 键盘电路9
2.4 显示电路9
2.5 复位电路11
2.6 电源电路12
2.7 晶振电路13
2.8 信号输入电路 14
2.9 测量电路15
2.10 单片机控制电路16
3 PCB板设计17
4 软件设计18
4.1 等精度测频19
4.2 单片机控制模块的程序设计20
4.3 CPLD测频模块的程序设计 20
5 仿真与调试23
结论 27
致谢 28
参考文献29
附录A 整体电路图30
附录B CPLD测频模块电路图31
附录C CPLD小系统丝印图32
1 引言
1．1 研究背景
频率的定义是周期信号在一秒内变化的次数。频率计能够测量和显示被测信号的频率。不仅是在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
工业生产中，在我们的平常生活当中也会经常用到可以进行测量频率的仪器设备。在生产加工为主的工厂里，频率计广泛地应用在电子产品的开发中，厂家可以发现产品中有问题的地方，以保证电子产品的质量；研究员在做测量方面的实验中，频率计也可以用来对各种精密电子设备进行校对，因而那些用来测量频率的工具也就越来越重要。
频率作为测试计量范围内的最基本，最主要的测试量，我们对于频率也就越来越重视。而且频率信号不仅传输方便，同时抗干扰能力强，所以我们可以用它来获得比较高的测量精度。
传统类型的数字频率计一般是由分立元件组成其基本框架的。但是由于频率计上各个元器件之间的电子干扰，会影响频率计的精度，导致测频的不准确，导致传统测频计不适应如今电子设计越来越精密的发展要求了。这样我们可以知道，传统测频计有着比较大的限制，它的精度、速度以及范围都不能满足当今生产的高要求。
但是随着单片机的不断发展和应用，这种情况得到了有效地改善，单片机具有体积小、性能好、价格便宜的优点，所以深受广大研究者和电气爱好者的喜爱。单片机广泛地应用于工业测试测量等方面。以单片机为核心的频率计，其功能得到了改正、可靠性得到了提高。不过可惜的是，由于单片机内部资源的有限，同时存在内部频率等因素的牵制，以单片机为核心的测频系统受到了很大的约束。所以利用单片机进行测频系统的设计很难得到提升。
随着大规模可编程逻辑器件技术的发展与应用，我们可以借助CPLD来解决单片机单独设计的不足之处。本设计通过完成一个等精度数字测频系统，来探究基于复杂可编程逻辑器件的开发技术，同时结合单片机的优良结构特点，设计出CPLD复合单片机的测频系统的设计[1]。在设计的同时，我们可以熟悉单片机的基本应用，练习使用CPLD的相关技术，了解等精度测频的方法，学习复杂可编程逻辑器件的开发技术，进一步提高自身的能力，促进发展自己的专业水平。
本设计分为五个部分：方案选择与比较、硬件电路的设计、PCB印刷电路板的设计、软件部分的设计以及系统仿真与调试。该设计主要研究硬件部分，软件部分一带而过，详细部分请见周晶同学的设计论文。
1．2 研究内容
本设计的研究内容包括以下几项：
(1)了解等精度测频的原理；
(2)了解CPLD的开发步骤；
(3)基于 KEIL uVISON4软件来编写C语言，进行单片机控制的实现；
(4)基于 Quartus II软件来编写 VHDL硬件描述语言，来实现测频系统的开发；
(5)利用单片机与CPLD等进行合作设计；
(6)实现等精度测频系统的设计。
本设计将单片机与复杂可编程逻辑器件CPLD相结合，对传统测频系统的设计进行了优化改进。本设计利用单片机进行控制和显示以及计算，CPLD进行测频计数，来实现多功能频率计的设计，使设计的测频系统相较于传统测频系统来说，具有体积小、可靠性高、功能丰富、精度高、控制灵活和开发周期短的优点。
1.3 设计要求
本设计具体技术指标如下：
(1)测频范围：1 HZ1 MHZ
(2)测频精度：0.01 HZ
(3)可以测量方波，正弦波
(4)拥有四个功能：测频率，测周期，测占空比，测脉宽宽度
1.4 设计方案比较
1.4.1 方案一
方案一是以单片机为核心的设计方案，由单片机独立完成测频系统的设计。利用单片机进行计数测频、计算，再将计算后的结果存储于单片机中，最后再通过单片机控制的显示模块输出频率值。
这种方案构造简单方便，也是现在人们常用来设计频率计的方案。但是此方案中，由于单片机的内部晶振越高，其所需功耗就越大，测频得到结果的时间就越长。而且单独用单片机来设计测频系统，不能实现高精度要求，测频范围也略显不足。
1.4.2 方案二
方案二是以CPLD为核心的设计方案，由CPLD单独完成该频率计的设计。现代频率计大多采用CPLD芯片来完成设计,通过编写VHDL即硬件描述语言,单独使用CPLD来实现测频系统的开发。并且可以用QuartusⅡ软件来进行仿真，形成达到设计要求的电路，再下载到具体的CPLD芯片当中[2]。
目 录
1引言1
1.1 研究背景1
1.2 研究内容2
1.3 设计要求2
1.4 设计方案比较2
1.5 开发工具介绍4
2 硬件电路的设计4
2.1 总体结构设计4
2.2 主要芯片的选择5
2.3 键盘电路9
2.4 显示电路9
2.5 复位电路11
2.6 电源电路12
2.7 晶振电路13
2.8 信号输入电路 14
2.9 测量电路15
2.10 单片机控制电路16
3 PCB板设计17
4 软件设计18
4.1 等精度测频19
4.2 单片机控制模块的程序设计20
4.3 CPLD测频模块的程序设计 20
5 仿真与调试23
结论 27
致谢 28
参考文献29
附录A 整体电路图30
附录B CPLD测频模块电路图31
附录C CPLD小系统丝印图32
1 引言
1．1 研究背景
频率的定义是周期信号在一秒内变化的次数。频率计能够测量和显示被测信号的频率。不仅是在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
工业生产中，在我们的平常生活当中也会经常用到可以进行测量频率的仪器设备。在生产加工为主的工厂里，频率计广泛地应用在电子产品的开发中，厂家可以发现产品中有问题的地方，以保证电子产品的质量；研究员在做测量方面的实验中，频率计也可以用来对各种精密电子设备进行校对，因而那些用来测量频率的工具也就越来越重要。
频率作为测试计量范围内的最基本，最主要的测试量，我们对于频率也就越来越重视。而且频率信号不仅传输方便，同时抗干扰能力强，所以我们可以用它来获得比较高的测量精度。
传统类型的数字频率计一般是由分立元件组成其基本框架的。但是由于频率计上各个元器件之间的电子干扰，会影响频率计的精度，导致测频的不准确，导致传统测频计不适应如今电子设计越来越精密的发展要求了。这样我们可以知道，传统测频计有着比较大的限制，它的精度、速度以及范围都不能满足当今生产的高要求。
但是随着单片机的不断发展和应用，这种情况得到了有效地改善，单片机具有体积小、性能好、价格便宜的优点，所以深受广大研究者和电气爱好者的喜爱。单片机广泛地应用于工业测试测量等方面。以单片机为核心的频率计，其功能得到了改正、可靠性得到了提高。不过可惜的是，由于单片机内部资源的有限，同时存在内部频率等因素的牵制，以单片机为核心的测频系统受到了很大的约束。所以利用单片机进行测频系统的设计很难得到提升。
随着大规模可编程逻辑器件技术的发展与应用，我们可以借助CPLD来解决单片机单独设计的不足之处。本设计通过完成一个等精度数字测频系统，来探究基于复杂可编程逻辑器件的开发技术，同时结合单片机的优良结构特点，设计出CPLD复合单片机的测频系统的设计[1]。在设计的同时，我们可以熟悉单片机的基本应用，练习使用CPLD的相关技术，了解等精度测频的方法，学习复杂可编程逻辑器件的开发技术，进一步提高自身的能力，促进发展自己的专业水平。
本设计分为五个部分：方案选择与比较、硬件电路的设计、PCB印刷电路板的设计、软件部分的设计以及系统仿真与调试。该设计主要研究硬件部分，软件部分一带而过，详细部分请见周晶同学的设计论文。
1．2 研究内容
本设计的研究内容包括以下几项：
(1)了解等精度测频的原理；
(2)了解CPLD的开发步骤；
(3)基于 KEIL uVISON4软件来编写C语言，进行单片机控制的实现；
(4)基于 Quartus II软件来编写 VHDL硬件描述语言，来实现测频系统的开发；
(5)利用单片机与CPLD等进行合作设计；
(6)实现等精度测频系统的设计。
本设计将单片机与复杂可编程逻辑器件CPLD相结合，对传统测频系统的设计进行了优化改进。本设计利用单片机进行控制和显示以及计算，CPLD进行测频计数，来实现多功能频率计的设计，使设计的测频系统相较于传统测频系统来说，具有体积小、可靠性高、功能丰富、精度高、控制灵活和开发周期短的优点。
1.3 设计要求
本设计具体技术指标如下：
(1)测频范围：1 HZ1 MHZ
(2)测频精度：0.01 HZ
(3)可以测量方波，正弦波
(4)拥有四个功能：测频率，测周期，测占空比，测脉宽宽度
1.4 设计方案比较
1.4.1 方案一
方案一是以单片机为核心的设计方案，由单片机独立完成测频系统的设计。利用单片机进行计数测频、计算，再将计算后的结果存储于单片机中，最后再通过单片机控制的显示模块输出频率值。
这种方案构造简单方便，也是现在人们常用来设计频率计的方案。但是此方案中，由于单片机的内部晶振越高，其所需功耗就越大，测频得到结果的时间就越长。而且单独用单片机来设计测频系统，不能实现高精度要求，测频范围也略显不足。
1.4.2 方案二
方案二是以CPLD为核心的设计方案，由CPLD单独完成该频率计的设计。现代频率计大多采用CPLD芯片来完成设计,通过编写VHDL即硬件描述语言,单独使用CPLD来实现测频系统的开发。并且可以用QuartusⅡ软件来进行仿真，形成达到设计要求的电路，再下载到具体的CPLD芯片当中[2]。
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