基于FPGA與8051IP核的寬帶數字頻率計系統設計

孫銳 朱軍 丁大為

摘 要： 本系統將FPGA（現場可編程門陣列）引入作為數字頻率計的數據處理核心，提升了數字頻率計的整體性能。待測信號送入前置模擬信號調理電路進行放大、整形等處理后，轉化為同頻率邏輯電平信號，在FPGA芯片中嵌入增強型8051 IP核，完成測量、處理、顯示工作。經實驗證明，本系統設計可以精準地完成對頻率、占空比、時間間隔的測量。

關鍵詞：FPGA；8051 IP核；EDA技術；頻率計

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A文章編號：2095-2163（2016）02-

System design of wide-band digital frequency counter based on FPGA and 8051 IP Core

SUN Rui， ZHU Jun，DING Dawei

（ School of Electronic Information Engineering ，Anhui University， Hefei 230601， China ）

Abstract： In this paper， the performance of digital frequency counter was promoted by choosing FPGA as the data processing core. In order to convert the signal into the same-frequency logic signal， the test signal is amplified and shaped by analog conditioning circuit. With the enhanced 8051 IP core embedded in， to measure， process data and display is realized by the FPGA chip. Finally， experiments have demonstrated the effectiveness of the system design.

Key words：FPGA； 8051 IP core； EDA technology； frequency counter

0 引 言

頻率測量是電子測量領域中的經典組成部分，在模擬與數字信號處理領域中占有重要地位，并已獲得廣泛應用。目前，中國地質大學的研究人員設計了基于stc89c52單片機的頻率計[1]，其中采用1602液晶屏強化了顯示效果。東北林業大學的研究人員采用較新的ARM7系列單片機[2]，提升了頻率測量精度。但是，基于單片機的測量方案卻會受限于單片機主頻，若要繼續加大測量范圍，則采用硬件方案將更為適合。南陽理工學院的研究人員將FPGA引入[3]，與單片機方案相比，測量頻率上限大大提高，但顯示效果較為單一，而且直觀性也稍差。中國電子科技集團公司信息科學研究院的研究成果借鑒并采納了兩種主控的優點，采用FPGA+MCU的系統架構兼顧了兩者需求[4]。本設計綜合以上各種方案優點，在FPGA中直接嵌入8051單片機內核，節省了單片機芯片，提高了系統集成度。本系統具有測量范圍寬、精度高、響應速度快等優勢，且人機交互友好，具有一定的實際意義和參考價值。

1 系統設計方案

3 結束語

通過FPGA和內嵌8051內核相結合處理數據的方法，既保證了測量結果的精確性，又實現了傳統上難以完成的多功能和友好用戶交互界面。本設計針對寬頻帶信號的頻率測量提出了一種系統的解決方案，具有一定的應用前景和實用價值。

參考文獻：

[1] 魯錦濤， 蘇建加， 廖聰裕. 一種基于stc89c52寬頻帶的數字頻率計設計[J]. 河北農機， 2012（2）： 57-58.

[2] 薛巨峰， 關子鈞， 劉， 彬. 基于ARM7的高精度頻率計的設計[J]. 電子技術， 2015， 44（1）： 60-63.

[3] 杜娟，王睿，方偉偉.基于FPGA的等精度數字頻率計設計[J] .南陽理工學院學報， 2015，7（4）：16-19.

[4] 李石，楊春紅.基于FPGA+MCU的等精度頻率計設計[J] .工業和信息化教育， 2014（8）：82-84，94.

[5] 張玉梅， 周騰蛟， 曲延華， 等. QuartusⅡ仿真軟件在數字電子技術教學中的應用[J]. 沈陽師范大學學報（自然科學版）， 2014， 32（1）： 84-87.

[6] 潘松，黃繼業，潘明.EDA技術與VHDL[M].第4版. 北京： 清華大學出版社， 2013.

[7] 沈利芳，李曉麗，屈云豪，等.頻率計量程自動切換的兩種實現方法[J] .電子測試，2014（22）：33-34.

[8] 陳尚松，郭慶，雷加.電子測量與儀器[M].第2版. 北京： 電子工業出版社， 2009.