课程设计报告及说明书模板.doc
《课程设计报告及说明书模板.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计报告及说明书模板.doc(20页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、摘 要在现代的信号分析和处理领域,高精度的频率和相位测量非常重要,它是理论和工程分析的重要工具。使用模拟或数字示波器测量频率,是我们最常用的方法,同时也是不是很精确的方法;同时如果要测量两路信号的相位差,使用示波器又不是很方便。而且示波器的价格最低需要几千元,对于普通人来讲不是最佳选择。在本文中,我们设计了一个频率相移测量仪。主要分为如下几个部分:l 电源模块:一般仪器都是直接连接到220V、50Hz交流电上的,而一般数字系统以及芯片都是工作-12V+12V以,因此需要一个电源转化模块,同时,由于电源模块功率较强,同时,会产生大量的电磁干扰,会对后面的数字系统产生比较大的影响,因此需要加入一个
2、光电耦合网络,使得前级的影响传递不到后级。l 频率测量模块:常用的频率测量方法有很多。具体的方案论证将在下面进行。l 相移测量模块:常用的相移测量方法有很多。具体的方案论证将在下面进行。l 相移频率发生模块:产生一组频率和幅度相同的正弦波,且同时频率可调,用来输入相位测量模块用于信号检测。l 单片机显示模块:利用单片机实现显示功能。关键词:频率、相移、VHDL、单片机、FPGA、DDS目 录一.任务解析3二.系统方案论证3三.电源模块设计33.1稳压电源模块综述.33.2稳压电路分析.43.3电路参数计算.4四. 频率测量模块设计.54.1设计方案论证.54.2方案的选择.64.3方案的实现.
3、6放大整形电路.6频率测量电路设计.8数据处理.9键盘显示电路.9五.数字相移信号发生器105.1 方案论证.105.3电路的设计和实现10FPGA实现信号发生.10滤波平滑模块.11六. 相移测量模块.116.1方案论证116.2方案选择12输入整形电路.13FPGA的是实现.13七.总结.14可采用二三级目录结构。一任务解析审题,明确设计目标。根据对设计选题的理解,明确要做什么,要达到什么要求(参数、指标)。绘制出系统原理框图二系统方案论证 对整个系统进行模块划分,方案论证可根据设计任务的具体情况分为系统方案论证和各个模块子系统的方案论证。 方案论证应对所要完成的设计任务,参考相关资料,提
4、出系统设计方案,拿不同方案进行对比分析,选择你能够实现的方案,并明确指出为什么要选择此方案,较其它方案有何优点。 在方案比较中应至少提供两种以上的实现方案,每种方案只需提供原理框图并说明每个方案的特点,说明各自的优缺点。在原理框图的基础上应采用现代电子系统设计方法进行系统设计,对系统的各组成环节进行原理说明。2.1 总体方案与比较论证方案一:采用函数发生器(如ICL8038)产生频率可变的正弦波,方波,三角波三种周期性波形。此方案实现电路复杂,难于调试,且要保证技术要求的指标困难,故方案不理想。方案二:采用单片机控制合成各种波形波形的选择,生成及频率控制均由单片机编程实现。此方案产生的频率围,
5、步进值取决于所采用的每个周期的输出点数及单片机执行指令的时间。此方案的优点是硬件电路简单,所用器件少,且实现各种波形相对容易,在低频区基本能实现要求的功能;缺点是精度不易满足,产生波形频率围小,特别难以生成高频波形。方案三:采用DDS技术,将所需生成的波形写入ROM中,按照相位累加原理合成任意波形。此方案得到的波形稳定,精度高,产生波形频率围大,容易产生高频。比较以上三种方案的优缺点,方案三简洁、灵活、可扩展性好,能完全达到设计要求,故采用第三种方案。2.2系统原理与结构主要芯片选型STC89C52单片机:资源丰富,有8K字节可重擦写Flash闪速存储器,256*8字节部RAM,32个可编程I
6、/O口线,3个16位定时/计数器,8个中断源,可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式 ;性能优越, 1000次擦写周期,全静态操作:0Hz24MHz。 DAC0800:不需要任何驱动,连好电路即可使用,使用方便,转换频率可达到1MHz。LM084:工作电压围大,输出电流大,运行速度达到16V/us,相对LM324性能更优越。 TDA2030A:体积小巧,输出功率大,静态电流小(50mA以下),动态电流大(能承受3.5A的电流),负载能力强。 系统结构系统主要由液晶显示模块、FPGA模块(时钟)、DA转换模块、滤波模块、调幅模块、按键输入模块及功率放大模块构成。主控制器为STC89C52系列
7、单片机,系统采用总线技术,这样仅占用了单片机的少量接口和IO资源就可以组建起整个系统,使得硬件和软件设计更为方便,也利于以后的扩展;FPGA模块实现波形数据的存储与输出;DA转换模块作用将波形数据转换为模拟量。液晶显示器用于显示波形、幅度、频率等。硬件系统框图见图。 图 硬件系统框图三. 电源模块设计。四.频率测量模块设计每个模块的设计要有模块的方案论证、方案的实现方法及设计过程及相应仿真和仿真结果分析。 对于方案论证上面已经提及要求 电路图及设计文件电路图应采用Protel或Orcad等电路设计CAD软件绘制,软件流程图应采用Visio绘制,VHDL源程序容应规、清晰、工整、合乎规。 方案仿
8、真方案的具体实施,按实际实施过程认真做好原始记录,可以包括单元电路仿真分析,部分指标测试(实际效果)等等。关键程序代码,主要流程图。 时序仿真结果应给出测试向量、系统与关键模块的时序波形,并进对所仿真效果做分析,得出结论,描述现象。4.1设计方案论证数字频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。通常情况下有以下两种思路:1.利用一个较大的周期信号作为参考信号,计量在一个周期出现的被测信号的数目,最终我们可以通过计数器求出信号的频率。2.利用一个频率较高来测量,具体来说就是计量被测信号在一个周期的能够经历多少个参考频率。因此,同样也可以测量出具体信号的值。
9、但是,我们可以看到以上的两种方法本身有一些缺陷。对于第一种方法,如果被测信号的频率和参考信号的频率接近的话,则测量出的结果就一定会有比较大的误差。对于第二种方法,如果被测信号的频率和比较的的话,会造成计数值的比较大的误差,因此第二种方法不适合测量低频率的信号。因此,为了保证测量的精度,就必须采用分段进行测量,也就是在低频的时候采用第二种方法,在高频时采用第一种方法。在具体是现实时,又可以采用单片机或者FPGA来实现,具体有如下方案:方案一:我们可以以AT89C51单片机为核心,利用他部的定时计数器完成待测信号周期频率的测量。大致原理如下所述:单片机AT89C51部具有2个16位定时计数器,定时
10、计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。在定时器工作方式下,在被测时间间隔,每来一个机器周期,计数器自动加1(使用12 MHz时钟时,每1s加1),这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在计数器工作方式下,加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变时计数器加1,这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入在每个机器周期被采样一次,这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期(24个振荡周期),所以最大计数速率为时钟频率的124(使用12 MHz时钟时,最大计数速率为500 kHz)。定时计数器的工作由运行控制位TR控制,当TR置1,定时计数器开始
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 报告 说明书 模板
链接地址:https://www.desk33.com/p-15323.html