畢業(yè)設(shè)計（論文）-智能化頻率測量技術(shù)的研究.doc

題目智能化頻率測量技術(shù)的研究TitleTheresearchofintelligentfrequencymeasuretechnique摘要頻率是電子測量技術(shù)領(lǐng)域中的一個最基本參量，因此頻率測量技術(shù)有著極其重要的作用，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展，利用光電測頻的方法更被人們重視起來。本文論述了基于虛擬儀器的數(shù)字式自校準光照度計的系統(tǒng)組成、基本工作原理。還討論了利用MCS-51單片機進行智能控制的基本方法，使光電測頻實現(xiàn)智能化。文中還對光電測頻的基本機理、接口方式和控制程序進行了具體介紹，尤其重點講述了基于FPGA的高速高精度測頻方法的研究。以FPGA為核心的高速高精度的頻率測量，不同于常用測頻法和測周期法，不僅消除了直接測頻方法中對測量頻率需要采用分段測試的局限，而且在整個測試頻段內(nèi)能夠保持高精度不變。又由于采用FPGA芯片來實現(xiàn)頻率測量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特點。此系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后能自動顯示測量的光照度值和所測頻率，實現(xiàn)了光電測頻的自動化和智能化，對于實際應(yīng)用意義重大。關(guān)鍵詞：照度計FPGA自校準ABSTRACTFrequencyisabasicparameterinelectronicmeasurement,forthisreasonfrequencymeasuretechniquehasgotveryimportantfunction,ithavegotextensiveapplicationintheindustry,agriculture,aviationandmilitaryrealm.Photoelectricitytechniquehasbeendevelopedveryfastinrecentyears,sothefrequencymeasurewithphotoelectricitytechniquewerevaluedbypeople.Thistextdiscussesaformofilluminometerofnumericalshapeandautomaticcalibrationandworkingprinciple.Atatime,itgivesacontrolwayusingMCS-51singleMicrocontrollor,Whichmakethefrequencymeasurewithphotoelectricitytobeintelligent.Thispaperalsogivethebasicprincipal,interfacemannerandcontrolproceduresofthefrequencymeasurewithphotoelectricity,particularlydiscusesanewmethodofsuper-speedhighaccuracyfrequencymeasuresaccordingtotheFPGA.Thesuper-speedhighaccuracyfrequencymeasurewithFPGAisdifferentfromcommonmethodoffrequencymeasureandperiodmethod,itnotonlydissolvesthedemandofsectiontestinginthedirectlyfrequencymeasure,butalsokeepshighaccuracyinthewholetest.AgainbecauseofadoptionFPGAtorealizethefrequencymeasure,ithashighgatheringdegree,highspeedandhighdependability.Thissystemafteradjustcanshowautomaticallythatthemeasuredlightshinesandthefrequencymeasured,itrealizestheautomationandintelligenceinthefrequencymeasurewithphotoelectricity,itisimportantfortheactualapplication.Keywords:illuminometerFPGAautomaticcalibration目錄摘要ABSTRACT目錄第一章緒論1第二章計數(shù)式測頻電路的基本原理22.1頻率測量電路基本組成22.2直接計數(shù)式測頻電路的測量原理及誤差分析32.3倒數(shù)計數(shù)式計頻電路的測量原理5第三章自校準光照度計的基本原理7第四章基于FPGA的高速高精度頻率測量的研究94.1測頻原理及誤差分析94.2硬件設(shè)計12第五章光照度計與計算機接口15第六章數(shù)字式自校準光照度計的單片機控制176.1系統(tǒng)組成176.28253的自校準測量接口176.3關(guān)于ALE信號186.4顯示器與鍵盤19第七章軟件設(shè)計20第八章基于虛擬儀器的光照度計22結(jié)論24致謝25參考文獻26第一章緒論頻率的測量是現(xiàn)代科學技術(shù)中不可忽視的一環(huán)，如何能更好的測定頻率是人們一直在探討的話題，測頻的方法也多種多樣，常用的直接測頻方法在實用中有較大的局限性，其測量精度隨著被測信號頻率的下降而降低，并且對被測信號的計數(shù)要產(chǎn)生1個數(shù)字誤差。而采用等精度頻率測量方法具有測量精度高，測量精度保持恒定，不隨所測信號的變化而變化的優(yōu)點。近年來隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展，利用光電測頻的方法更被人們重視起來。照度通常用于光度測量和照相技術(shù)。常見的照度計所采用的器件是光電池。在實際制作時，為了使其符合人的視覺靈敏度，通常對光信號還要進行一定的光學處理。當光線照射到光電池表面時，光電池把入射照度按一定比例轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，使?lián)結(jié)在電路內(nèi)的電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣即可讀出相應(yīng)的光照度值。這種模擬量的照度計結(jié)構(gòu)比較簡單，精確度不高，要求光學系統(tǒng)和光電處理電路的性能必須十分穩(wěn)定，否則，將引起測量上的誤差。本文論述了基于虛擬儀器的數(shù)字式自校準光照度計的系統(tǒng)組成、基本工作原理,還討論了利用MCS-51單片機進行智能控制的基本方法，使光電測頻實現(xiàn)智能化。文中重點討論了利用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(FieldProgrammableGateArray)進行高速高精度測頻的方法，F(xiàn)PGA具有集成度高、高速和高可靠性的特點，使頻率的測頻范圍可達到01Hz100MHz，測頻全域相對誤差恒為11000000。下面論述對光照度信號進行數(shù)字化處理的可行性方案，以及利用光照度計和FPGA芯片進行等精度測頻的討論，同時充分利用單片機體積小、控制功能強的特點，實現(xiàn)了對光照度的自動校準和自動測量，最后討論了利用虛擬儀器對本系統(tǒng)的模擬。第二章計數(shù)式測頻電路的基本原理計數(shù)式測頻電路的基本原理是將頻率實行A/D轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字量脈沖的個數(shù)，進行數(shù)字計數(shù)，最后把計數(shù)結(jié)果，以單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)之量值，用數(shù)字顯示器直接顯示出來。2.1頻率測量電路的基本組成頻率測量電路的最基本的五大部分是：輸入通道、主門、計數(shù)和顯示、閘門時間產(chǎn)生電路以及控制電路。如圖2-1圖2-1計頻電路的基本組成輸入通道的作用是接受被測信號，并對被測信號進行放大和整形，通過電平轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生TTL電平的矩形脈沖，然后送往主門。主門（又稱閘門）在頻率計數(shù)過程中，是實現(xiàn)量化的比較電路。有了主門才能進行頻率的量化比較，實現(xiàn)頻率的數(shù)字轉(zhuǎn)換。計數(shù)顯示電路的任務(wù)是來自主門的脈沖進行計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來。閘門時間產(chǎn)生電路是為數(shù)字式計頻電路提供比較法進行測量，也就是將被測信號與一系列的標準時間信號進行比較?？刂齐娐返淖饔檬钱a(chǎn)生各種控制信號，去控制各電路單元的互作，使各部分電路按一定的規(guī)律有條不紊的自動完成整體互作。2.2直接計數(shù)式測頻電路的測量原理及誤差分析直接計數(shù)式測頻電路的測量原理：頻率是指單位時間內(nèi)震動的次數(shù)。從測量的角度看，及在標準的時間內(nèi)，測得被測信號的脈沖數(shù)。其測量頻率的方框圖如圖2-2所示。圖2-2直接計數(shù)式測頻電路的原理圖被測信號fx送入A通道，經(jīng)放大整形后，使每個周期形成一個脈沖，這些脈