基于FPGA和單片機的頻率監(jiān)測系統(tǒng)

1．2 DDS產(chǎn)生的軟件設計
1．2．1 FPGA軟件設計
FPGA負責接收由單片機送過來的頻率字與相位控制字，同時將波形在ROM中的數(shù)據(jù)送給DA轉(zhuǎn)換器進行DA轉(zhuǎn)換，輸出正弦波、方波、三角波三種波形，通過調(diào)節(jié)DA轉(zhuǎn)換器的基準電壓可調(diào)節(jié)輸出的正弦波、方波、三角波三種波形的幅度，利用按鍵可以設置一定范圍內(nèi)的頻率值和步進值，并能實現(xiàn)波形間的任意切換，實現(xiàn)了頻率、步進、幅度的任意調(diào)節(jié)。
1．2．2 單片機軟件設計
單片機軟件設計主要是負責接收鍵盤置入的頻率、步進值、選擇波形并將其在液晶顯示屏中顯示和把各種控制信號和數(shù)據(jù)送到FPGA中?？稍O置任意頻率、任意步進、波形切換等多種輸出方式，在此基礎上可擴展為任意信號發(fā)生器，具體程序流程圖如圖3：

1．2．3 FPGA與單片機的通信
本系統(tǒng)設計中，F(xiàn)PGA與凌陽單片機采用串行輸入并行輸出的方式進行通信。使用VHDL語言在EP2C20器件中利用D觸發(fā)器和移位寄存器接收凌陽單片機發(fā)送過來的頻率控制字和相位控制字，然后送入相位累加器。在FPGA與凌陽單片機通信中，單片機實行串行輸入，不斷地向FPGA送頻率控制字和相位控制字，送給FPGA實現(xiàn)相位累加。

2．等精度頻率計的實現(xiàn)
為了減小誤差，得到高的測量精度，我們采用多周期同步測量法，即等精度測量法，通過對被測信號與閘門時間之間實現(xiàn)同步化，從而從根本上消除了在閘門時間內(nèi)對被測信號進行計數(shù)時的 l量化誤差，使測量精度大大提高，是在測量領域用得比較多的的一種精度很高的測量方法。
2．1 頻率測量總體設計與方案
本系統(tǒng)主要是以凌陽單片機和FPGA為核心，多周期同步等精度測量頻率計的核心結(jié)構用VHDL硬件描述語言對FPGA進行編程，實現(xiàn)頻率、周期、脈沖寬度和占空比的測量。而單片機則作為控制部分實現(xiàn)了頻率計的控制、掃描和顯示，系統(tǒng)級框圖如下圖4：

本設計頻率測量方法的主要測量原理如圖5所示，圖中預置門控信號GATE是由單片機發(fā)出，GATE的時間寬度對測頻精度影響較少，可以在較大的范圍內(nèi)選擇，只要FPGA計數(shù)器在計100M信號不溢出都行，根據(jù)理論計算GATE的時間寬度Tc可以大于42．94s，但是由于單片機的數(shù)據(jù)處理能力限制，實際的時間寬度較少，一般可在l0～0．1s間選擇，即在高頻段時，閘門時間較短；低頻時閘門時間較長。這樣閘門時問寬度Tc依據(jù)被測頻率的大小自動調(diào)整測頻，從而實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換，擴大了測
頻的量程范圍；實現(xiàn)了全范圍等精度測量，減小了低頻測量的誤差。

2．2 測頻輸入級的設計