FPGA 功能实现模块 - 基于FPGA和单片机的多功能计数器设计

　　2 FPGA 功能实现模块

　　FPGA实现部分主要分为信号同步处理,等精度计数和数据处理及传输3部分，如图6所示。FPGA采用Altera公司的EP2gC5Q208C8，经分析知能够实现题目要求。

　　(1) 同步处理电路 待测信号从外时钟域进入,属于异步信号,对测量精度乃至整个系统的稳定都有很大的影响,在这里,先对输入信号进行一次采样进行消抖,滤去可能存在的毛刺, 然后进行一级同步处理，尽可能有效地对异步信号进行同步处理。

　　(2)计数测量 采用等精度法测频率,利用相位~时间转换法进行相位差测量,并将测得数据进行寄存。

　　(3) 数据存储 将得到的并行数据转换为串行数据 再通过时序控制将数据写入双口RAM，然后单片机以其自身的时钟频率进行读取,从而有效地消除跨时钟域数据处理时所造成的不稳定影响。.

　　3 单片机控制模块

　　在本系统中，单片机采用MSP430F149，主要完成放大通路灵敏度选择、读取实测数据及处理和键盘与显示接口等三种功能。其中灵敏度选择是通过控制继电器的通断来实现通路切换;按键采用红外遥控方式，其中发射部分采用 PT2221，接收部分采用高灵敏度、高度集成的一种新型红外遥控接收光电模块HS0038，然后通过单片机直接软件解码处理，进而执行与之对应的中断服务子程序;因为要同时显示较多数据，所以我们采用字符型液晶显示。

　　4 主程序流程图

　　单片机系统主要流程图如图7所示，具体程序见附录三。

　　图7 主程序流程图

　　四、测试方案与测试结果

　　1.测试仪器

　　(1)任意波形/函数发生器(Tektronix AFG3022B)

　　(2)等精度通用计数器/相位计(Sample SP312B)

　　(3)双通道数字示波器(Tektronix TDS1002)

　　2.测试方法与步骤

　　本设计采用先分别进行子系统测试，待均测试成功后再将之组装成总体系统，仔细检查连接无误后通电进行总体功能和性能测试，并记录所测数据。

　　

 

　　图8总体系统测试方案

　　测试条件：闸门时间为1s;

　　3主要测试结果及分析

　　测试结果：(1)本设计实现了对正弦信号的频率、周期和相位差的测量功能;

　　(2)性能方面能够基本达到基础部分误差要求;

　　测量误差主要来自

　　1.信号前级处理电路,由隔直电容和运放等集成芯片产生;

　　2.信号传输过程中的延时;

　　3.异步信号对fpga测量计数造成的影响;

　　4.等精度测量所产生的绝对误差随信号频率增大而被直接放大导致在对高频信号测量时出现大的数据局部不精确

　　五、结论

　　1、频率、周期测量误差达到

;相位差测量准确度达到1度;能够实现小信号测量;

　　2、由于本地时基的计数结果依然存在±l的计数误差，制约了频率和周期测量精度的提高。如果辅以模拟内插法，可以进一步提高测量精度。