一种高性价比等精度数字频率计方案设计

以下是采用VerilogHDL硬件描述语言设计的CPLD内部电路源码：



3.3程序设计

整个测量过程由MCU控制完成，然后计算并把结果送LCD显示。测量开始，MCU首先发出清零CLR信号，对外部CPLD电路复位和计数器清零，还要将定时器软计数器清零，之后发出启动信号GATE=1，测量开始。MCU通过查询软计数器(定时中断加1)，控制闸门时间大致在1 s左右，时间到，MCU立即发出停止信号GATE=0，随后查询引脚INT0，确认计数停止。之后，分别读回外部计数和内部计数器计数结果，MCU根据等精度原理算出信号频率，将结果送LCD显示。程序主流程和定时中断流程如图8所示。



4测试结果

笔者在实验室使用RIGOL-DG1015DDS信号发生器校准。通过修正单片机时钟偏差，22.118 4 MHz的12分频为1.843 2 MHz，对1 843 200 Hz修正86.95 Hz后带入程序计算，整数频点测量结果可以达到和信号发生器完全一致，接近零误差。特针对一些非整数频点进行测量，结果如表1所列，误差达到10^-7数量级，与理论值一致。


由于系统采用的是单片机机器时钟作为基准信号时钟，基准信号频率较低，使得测量精度不高；如果采用外部更高频基准信号做时钟信号，精度还可进一步提高。

结语

将等精度频率测量原理巧妙地用MCU+CPLD实现，设计了一种低成本、高性价比的频率计方案。MCU选择STC89C52RC，CPLD选择Atmel公司的ATF1504AS，实现了宽范围高精度的频率测量。该方案具有结构简单，成本低等优点，具有广阔的市场前景。