cpld复合单片机的等精度测频系统设计软件部分(附件)
本设计是基于CPLD复合单片机的等精度测频系统设计-软件部分。在设计中采用EMP240T100/EMP570T100完成了各种时序的逻辑控制、计数功能。频率计分为信号输入与放大电路、单片机、分频和显示电路几大模块。选用了Quartus软件，并在VHDL语言的帮助下完成了CPLD的软件的各项工作。系统的主控部件我们选择了AT89C51单片机，实现了电路的测试信号控制、数据处理、键盘扫描以及显示输出。CPLD芯片实现了频率的测量功能。本课题将CPLD的现场可编程性和AT89C51单片机的控制灵活性相结合，缩短了研发周期，而且时测频范围更宽，测频精度更高。 关键词 等精度测频系统，CPLD，单片机，数据处理
目录
1绪论 1
1.1课题产生背景及意义 1
1.2等精度频率计的研究现状及发展趋势 1
1.3单片机及CPLD简介 2
1.4课题主要流程及论文章节安排 3
2原理实现 4
2.1等精度测频原理 4
2.2整体方案的选择 5
2.3系统方案 6
2.4单片机与CPLD连接方案 7
2.5单片机定时及数据处理方案 8
2.6CPLD计数方案 9
3软件设计部分 10
3.1CPLD设计 10
3.2单片机设计 13
3.3关键源代码分析 14
4软件仿真 15
4.1仿真分析 15
4.2测试结果与分析 16
4.3等精度频率测量的误差分析 16
小结 18
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1.1课题背景
时代在进步，科技在发展，各大领域对于测量频率的精度要求也越来越高。工程中很多物理量的测量，比如速度测量、周期测量，都能转化为频率测量。传统的频率测量系统的测量精度会与被测信号的频率而挂钩，在日常的测量中带来了许多难处。所以开发新式的等精度测频系统已经是板上钉钉之事。
在日常的应用中，我们能经常看到频率计的身影，这和它能迅速捕捉被 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
测信号频率变化的优点密不可分。使用频率计最多、最频繁的是传统的制造企业，当晶振产品发生问题时，需要工人用频率计去找出来。频率计在日常的生活中有着很大的作用。通常实验室中许多电子设备的本地振荡器的校准都是用频率计去测量的。而在计算机，电子等行业中，我们也经常能看到频率计的身影。
不仅如此，很多行业中一些精确的物理量通常需要高精度甚至等精度的测量，比如温度、PH值。速度等等，这些精确的物理量的测量非常麻烦，我们需要将其信号频率转换为数字频率才能测量，这对于数字频率计的测频数据精度要求非常高。所以，等精度测频系统的研究与发展也是板上钉钉之事。
1.2等精度频率计的研究现状及发展趋势
传统的测频方法有两种，直接测频法乃是其一，测周期法乃是其二。，由时基信号在既定的闸门时间内产生闸门，再对被测信号计数，这样的测频方法被称为直接测频法，但是这种方法只适合于测量高频信号。而由被测信号产生闸门，记录时基脉冲的待测频率，这种方法被称为测周期法，但是这种方法的弊端在于只能测低频信号（周期长）。这两种方法各有各的优缺点，在各个领域的运用中有着很大的局限性，所以等精度测频法也是应运而生。
经过许多专业人士的研究与探讨，他们从直接测频法的基础上研究出了等精度测频法。取二者之长，补二者之短，等精度测频罚可以同时适用于低频信号的测量与高频信号的测量，而且更加难能可贵的是，等精度频率测量法的测量精度更加准确，而且就算被测信号改变，这种测频方法的误差也不会因此而变化。
那么怎么制作才能做到等精度测频呢，这里我选择了CPLD和单片机相结合的
方法。相比于传统的测频方法，使用单片机的频率计有着以下几个有点：体积更小，运算的速度更快，有更广阔的测量范围，而且最重要的是使用单片机可以省钱。传统的频率计对于硬件的依赖性非常高，而用了单片机测频后，软件编程实现了以前硬件才能做到的东西，还做到了硬件做不到的，不同的软件编程能够实现不同的功能，这就让成本节约了许多。
作为一种最近才兴起的逻辑器件，CPLD密度高，规模大，不仅如此，它还同时具有PLD器件的灵活并且在使用时也更加方便，现在已经是最常用的可编程器件之一。那么可编程器件的好处在哪里呢？它可以在软件的帮助下利用编程重新构造器件之结构以及工作方式，并且能够根据需求的变化立即进行调整以满足产品升级。大大提升了设计的速度，弥补了硬件设计的不足，打破了传统数字系统的设计理念，是电子设计发展历史上非常重要的一步。
1.3单片机及CPLD的简介
单片机又称单片微控制器,它是把整个计算机系统去集合到一个芯片上的器件，而不是单纯的运行某一个模块。可以理解为一个微型计算机，一块小小的芯片就拥有了计算机的许多功能。单片机体型小巧，身材轻盈，这使得单片机为日常的生活带来了许多的便利。
1971年，世界上诞生了第一台单片机。在此之后，单片机的发展也是十分迅猛SCM、MCU、Soc是单片机在发展过程中最具代表性的里程碑。
当前趋势：Soc嵌入式系统是当今单片机的趋势，而如何解决应用系统在芯片上最大化的难题，是当今单片机向MCU发展的前景。所以，SOC化是专用单片机的未来。在电子技术前进的洪流中，SOC化的单片机设计将会成为其中一条壮硕的鱼。所以，单片机应用系统是我们需要额外理解的东西。
在我们的日常生活中，似乎哪里都有单片机的身影。往小了说，我们平常坐公交车使用的IC卡，平日不离身的智能手机，工作学习用的电脑，家用电器等等都能看到单片机的影子；往大了说，飞机的各类仪表的控制，计算机的数据传输，汽车的安全系统，甚至导弹的导航系统都与单片机密切相关。所以，学习和研究单片机是一件非常重要并且有意义的事，值得我们为此不断努力研究。
CPLD是一种复杂的、可编程的逻辑器件，由PAL与GAL发展而来，相比于单片机，规模与结构都是CPLD更胜一筹，是大规模集成电路的类别。
与单片机不同的是，CPLD可以根据用户自己的需求去编程以实现自己想要的功能。并且通过编程，CPLD可以实现大量数字逻辑芯片组合的功能，灵活多变。而且CPLD的开发周期相对较短，可应用的范围也比单片机广。对于我们这些设计的人来说上手难度相对较低，无需深厚的硬件功底。所以CPLD被广泛应用于产品设计中，它已经成为电子产业不可或缺的一份子，也是未来电子行业发展的中流砥柱之一。
1.4课题主要流程及论文章节安排
目录
1绪论 1
1.1课题产生背景及意义 1
1.2等精度频率计的研究现状及发展趋势 1
1.3单片机及CPLD简介 2
1.4课题主要流程及论文章节安排 3
2原理实现 4
2.1等精度测频原理 4
2.2整体方案的选择 5
2.3系统方案 6
2.4单片机与CPLD连接方案 7
2.5单片机定时及数据处理方案 8
2.6CPLD计数方案 9
3软件设计部分 10
3.1CPLD设计 10
3.2单片机设计 13
3.3关键源代码分析 14
4软件仿真 15
4.1仿真分析 15
4.2测试结果与分析 16
4.3等精度频率测量的误差分析 16
小结 18
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 绪论
1.1课题背景
时代在进步，科技在发展，各大领域对于测量频率的精度要求也越来越高。工程中很多物理量的测量，比如速度测量、周期测量，都能转化为频率测量。传统的频率测量系统的测量精度会与被测信号的频率而挂钩，在日常的测量中带来了许多难处。所以开发新式的等精度测频系统已经是板上钉钉之事。
在日常的应用中，我们能经常看到频率计的身影，这和它能迅速捕捉被 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
测信号频率变化的优点密不可分。使用频率计最多、最频繁的是传统的制造企业，当晶振产品发生问题时，需要工人用频率计去找出来。频率计在日常的生活中有着很大的作用。通常实验室中许多电子设备的本地振荡器的校准都是用频率计去测量的。而在计算机，电子等行业中，我们也经常能看到频率计的身影。
不仅如此，很多行业中一些精确的物理量通常需要高精度甚至等精度的测量，比如温度、PH值。速度等等，这些精确的物理量的测量非常麻烦，我们需要将其信号频率转换为数字频率才能测量，这对于数字频率计的测频数据精度要求非常高。所以，等精度测频系统的研究与发展也是板上钉钉之事。
1.2等精度频率计的研究现状及发展趋势
传统的测频方法有两种，直接测频法乃是其一，测周期法乃是其二。，由时基信号在既定的闸门时间内产生闸门，再对被测信号计数，这样的测频方法被称为直接测频法，但是这种方法只适合于测量高频信号。而由被测信号产生闸门，记录时基脉冲的待测频率，这种方法被称为测周期法，但是这种方法的弊端在于只能测低频信号（周期长）。这两种方法各有各的优缺点，在各个领域的运用中有着很大的局限性，所以等精度测频法也是应运而生。
经过许多专业人士的研究与探讨，他们从直接测频法的基础上研究出了等精度测频法。取二者之长，补二者之短，等精度测频罚可以同时适用于低频信号的测量与高频信号的测量，而且更加难能可贵的是，等精度频率测量法的测量精度更加准确，而且就算被测信号改变，这种测频方法的误差也不会因此而变化。
那么怎么制作才能做到等精度测频呢，这里我选择了CPLD和单片机相结合的
方法。相比于传统的测频方法，使用单片机的频率计有着以下几个有点：体积更小，运算的速度更快，有更广阔的测量范围，而且最重要的是使用单片机可以省钱。传统的频率计对于硬件的依赖性非常高，而用了单片机测频后，软件编程实现了以前硬件才能做到的东西，还做到了硬件做不到的，不同的软件编程能够实现不同的功能，这就让成本节约了许多。
作为一种最近才兴起的逻辑器件，CPLD密度高，规模大，不仅如此，它还同时具有PLD器件的灵活并且在使用时也更加方便，现在已经是最常用的可编程器件之一。那么可编程器件的好处在哪里呢？它可以在软件的帮助下利用编程重新构造器件之结构以及工作方式，并且能够根据需求的变化立即进行调整以满足产品升级。大大提升了设计的速度，弥补了硬件设计的不足，打破了传统数字系统的设计理念，是电子设计发展历史上非常重要的一步。
1.3单片机及CPLD的简介
单片机又称单片微控制器,它是把整个计算机系统去集合到一个芯片上的器件，而不是单纯的运行某一个模块。可以理解为一个微型计算机，一块小小的芯片就拥有了计算机的许多功能。单片机体型小巧，身材轻盈，这使得单片机为日常的生活带来了许多的便利。
1971年，世界上诞生了第一台单片机。在此之后，单片机的发展也是十分迅猛SCM、MCU、Soc是单片机在发展过程中最具代表性的里程碑。
当前趋势：Soc嵌入式系统是当今单片机的趋势，而如何解决应用系统在芯片上最大化的难题，是当今单片机向MCU发展的前景。所以，SOC化是专用单片机的未来。在电子技术前进的洪流中，SOC化的单片机设计将会成为其中一条壮硕的鱼。所以，单片机应用系统是我们需要额外理解的东西。
在我们的日常生活中，似乎哪里都有单片机的身影。往小了说，我们平常坐公交车使用的IC卡，平日不离身的智能手机，工作学习用的电脑，家用电器等等都能看到单片机的影子；往大了说，飞机的各类仪表的控制，计算机的数据传输，汽车的安全系统，甚至导弹的导航系统都与单片机密切相关。所以，学习和研究单片机是一件非常重要并且有意义的事，值得我们为此不断努力研究。
CPLD是一种复杂的、可编程的逻辑器件，由PAL与GAL发展而来，相比于单片机，规模与结构都是CPLD更胜一筹，是大规模集成电路的类别。
与单片机不同的是，CPLD可以根据用户自己的需求去编程以实现自己想要的功能。并且通过编程，CPLD可以实现大量数字逻辑芯片组合的功能，灵活多变。而且CPLD的开发周期相对较短，可应用的范围也比单片机广。对于我们这些设计的人来说上手难度相对较低，无需深厚的硬件功底。所以CPLD被广泛应用于产品设计中，它已经成为电子产业不可或缺的一份子，也是未来电子行业发展的中流砥柱之一。
1.4课题主要流程及论文章节安排
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