细胞的生命历程的题库

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1、简易数字相位计课程设计方案课程名称：数字电子技术课程设计题目：简易数字相位计设计人：孙磊学号：201016040215目录第一章需求分析1.1需求分析第二章方案分析2.1前级波形整形2.2后级波形的数字处理2.3频率的测量2.4相位差的测量2.5人机接口第三章系统原理3.1系统框图3.2前级波形整形3.3频率的测量3.4相位差的测量3.5人机接口第四章附录第一章需求分析1.1需求分析题目要求设计一个频率计，功能：测量信号的频率，测量信号相位差，灵敏度可调节，指标：频率测量范围0.1Hz～1MHz，精度0.01%，相位测量范围

2、0～360，精度0.01%，信号幅度0.1～10V。首先因为要测量相位差，所以需要有两路波形输入，因为所测量的波形不确定，可能有正弦波，方波，三角波，及不规则波，而后级处理需要数字信号，所以需要在前级把信号处理成TTL电平信号。而后级测量频率，所以需要进行计数等处理，并能够有相应的输出。由于需要对频率计的相位差灵敏度进行调节，所以还需要有相应的人机接口。第二章方案分析2.1前级波形整形前级波形整形主要是要将原来的非TTL方波整形成可以让后级处理电路方便识别的信号，可以有一下方法实现:方案一：模拟整形，使用比较器对波形进行过零

3、比较，整形成xv的方波，方波的低电平为0v左右，高电平为xv（取决于后面的处理电路高电平）。用的比较多的就是使用过零比较器来实现，模拟整形的好处在与速度比较块，而且不需要编写软件即可实现，缺点是不太稳定，易受干扰。同时在比较器选用时还应考虑是使用运放实现还是使用集成比较器，运放的灵敏度相对来说比较高，但是带宽不高，估计比较难以符合条件，集成运放虽然灵敏度不高，但是最高频率相对比较高，比如常用的LM311，反应时间达到了200ns，足以应付这里的1MHz波形的过零比较使用，同时LM311的输入电压绝对值大于10V，满足需求。方

4、案二：数字整形，先使用A/D转换芯片将波形转换成数字量，输入到后级的芯片（单片机或者FPGA），然后再将这个量与所设的阈值进行比较，整形成一个方波信号，送入下一级进行处理。数字处理的好处就在于比较精确，而且比较稳定，缺点在于A/D芯片的输入电平范围有限，一般在0-5v范围内，而且一般波形需要先加入一个直流分量将波形的最小值上拉到0v以上，但可以考虑先将原始波形去掉直流分量后在输出，并在输出口与地之间接一个Vz为3.3v的单向稳压二极管，然后再将这个输出量上拉1V左右，就将波形整形成了一个稍小于1V到4.3V的波形，再将这个波

5、形经过AD转换后与1v的AD转换值进行比较，输出一个方波信号，这个方波信号的频率必然也等于原来波形的频率。方案选择：以上两种方案各有所长，并各有所短，但是都可以达到目的，相比价而言，方案二实现比较烦琐，而方案一在频率小于1M实现效果应该还是可以的，所以选择方案一。2.2后级波形的数字处理后级数字处理部分主要有：FPGA处理，单片机处理，DSP处理，以及不怎么常见的F/V转换输出，用模拟表头显示。这几种方案的特点主要如下：方案一：单片机处理，由于编程开发简单，电路简单，相关开发资料丰富，技术成熟，以及还算不错的数学运算能力和还

6、算可以的数字信号处理能力，单片机用来完成频率测量显然有一定的优势，加之现在单片机很多都集成有内置的计数器，定时器，AD转换功能，比如比较常用的avr单片机中的mega系列，应该基本具有测量1MHz以下的频率的能力，加之它可以很方便的实现人机接口界面，简单的外围电路等等优点都使它具有相当的优势来胜任后级信号处理的任务。但是它也拥有比较致命的弱点，就是单片机系统是一个串行系统，要进行两路信号的处理，特别是相位差的测量就显得有些力不从心，当然这个缺点并不是没有补救的措施的，就是由于两路信号频率相等，所以只需要测一路信号就行了，同时

7、在前后级之间使用异或运算将两路信号合成为相位差信号，再送如单片机测量，具体方法会在下一节介绍。方案二：DSP处理，DSP就是数字信号处理的意思，专门的DSP处理器对于处理这种简单信号可以说是小事一桩，相比较普通单片机他拥有先进的哈佛结构，管道式设计，面向寄存器和累加器的设计思路，以及同一时钟周期内执行多个操作的功能，能比较快速的完成诸如乘除法运算，但是他的开发相对来说要复杂一些，目前向我们还不能很好的掌握它来完成任务。方案三：FPGA处理，使用VHDL编程，开发起来还算比较简单，同时由于FPGA内部本质还是硬件数字电路，所以

8、可以达到相当高的系统频率，意味着就可以处理相当高频率的信号，比起前两者，它的开发更加自由，我们可以设计出更加贴合我们需求的后级处理系统。他更重要的一点就在于由于它的内部完全可以实现并行处理，可以同时处理多路信号，特别适合与相位差的测量。但是它的人机接口界面比较难实现，同时诸如乘除法运算比较