[实用新型]一种基于FPGA的频率测量装置有效

专利信息
申请号: 201521077595.7 申请日: 2015-12-22
公开(公告)号: CN205229298U 公开(公告)日: 2016-05-11
发明(设计)人: 华国环;费敬敬;陈彭鑫;陈治宇 申请(专利权)人: 南京信息工程大学
主分类号: G01R23/10 分类号: G01R23/10
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 姚兰兰;董建林
地址: 210019 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 fpga 频率 测量 装置
【说明书】:

技术领域

实用新型涉及一种基于FPGA的频率测量装置,属于电子测量技术领域。

背景技术

数字频率计是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的 仪器。频率计主要用于测量正弦波、矩形波等周期信号的频率值。其扩展功能可 以测量信号的周期和脉冲宽度。通常说的数字频率计是指电子计数式频率计。

在电子技术领域,频率是一个最基本的参数。数字频率计作为一种最基本的 测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。将 数字频率计与微处理器相结合,可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化, 随着现代科技的发展,基于数字式频率计组成的各种测量仪器、控制设备、实时 监测系统已应用到国际民生的各个方面。现有技术中,将数字频率计与微处理器 相结合构成的装置,存在着硬件结构复杂、易受干扰、稳定性低等缺陷。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足,本实用新型目的是提供一种基于FPGA的频率测 量装置,本实用新型降低了电路的复杂度,且不易受外界干扰,可精确测量正弦 波的频率和矩形波的频率f、周期T、占空比、时间间隔及相位差。

为了实现上述目的,本实用新型是通过如下的技术方案来实现:

本实用新型的一种基于FPGA的频率测量装置,包括整形电路和设置在 FPGA内部的第一测频模块、第二测频模块、第一脉冲测量模块、异或门、与异 或门输出端相连接的第二脉冲测量模块及MCU;所述第一测频模块与整形电路 输出端相连接,所述第一测频模块、第二测频模块、第一脉冲测量模块和第二脉 冲测量模块的输出端均与MCU的输入端相连接。

上述整形电路具体采用的是TLV3501整形电路。

上述TLV3501整形电路包括滞回比较器电路。

上述第一测频模块及第二测频模块均包括D触发器和带使能端ENA的第一 计数器及第二计数器;所述D触发器的q端连接到第一计数器及第二计数器的 使能端ENA上,所述D触发器的d端连接闸门信号,clk端连接待测信号。

上述第一脉冲测量模块及第二脉冲测量模块均包括D触发器、带使能端 ENA及ENB的第三计数器和带使能端ENA的第二计数器;所述D触发器的q 端连接到第一计数器及第二计数器的使能端ENA上,所述D触发器的d端连接 闸门信号,clk端连接待测信号,待测信号还与第三计数器的使能端ENB相连接。

本实用新型与现有技术相比,其显著优点是在于:

(1)频率测量时,每个测频模块,包括两个计数器和一个D触发器,D触发 器的应用使得闸门信号与待测信号同步,相比于传统方案,避免了对被测信号计 数时产生的±1误差。在闸门时间为1s的情况下,最低测量频率可达1Hz;

(2)可精确测量带小数的频率值,如1.1Hz;

(3)测量两路矩形波信号的相位差、时间间隔时,系统对两路信号做异或运 算,将两路信号的时间间隔以高电平的形式体现在异或门的输出信号中,随后根 据计数器的计数得出时间间隔,该方法简单高效;

(4)FPGA采用50M晶振,经过倍频,使得最高测量频率可达到100MHz;

(5)可精确测量1Hz-100MHz正弦波信号的频率和周期,测量误差不超过万 分之一;可精确测量100Hz-1MHz矩形波信号的频率、占空比和时间间隔等参数, 频率测量误差不超过万分之一,占空比和时间间隔的测量误差不超过百分之一;

(6)闸门信号默认为1秒,所有参数测量的响应时间不超过1.1秒;

(7)频率计只有三个信号输入接口,在不需人为切换通道的前提下,不但可 以同时测量低频和高频信号,也可同时测试多个频率参数。

(8)数字电路与处理器模块全部搭建在FPGA中,使得装置硬件结构简单、 体积小,稳定性高。

附图说明

图1是本实用新型的频率测量装置原理框图;

图2是本实用新型的TLV3501整形电路图;

图3是本实用新型的第一测频模块和第二测频模块结构示意图;

图4是本实用新型的第一脉冲测量模块和第二脉冲测量模块示意图;

图5是本实用新型的频率测量功能示意图;

图6是本实用新型的矩形波占空比测量功能示意图;

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