汤书森，李欣，吴琅，尹岑

(兰州大学信息科学与工程学院，兰州 730000)



基于51单片机软核的数字频率计设计

汤书森，李欣，吴琅，尹岑

(兰州大学信息科学与工程学院，兰州 730000)

以FPGA和51单片机软核为核心，设计了一个数字频率计，实现了频率、周期、时间间隔和占空比的测量。系统主要包含3个部分：整形放大电路、FPGA门控处理电路和显示电路，整形放大电路采用TI高速比较器TLV3051来实现整形放大，用FPGA搭建数字电路来测量各参数，通过LCD来显示所测参数的值。

FPGA；数字频率计；51单片机软核

1　方案论证与比较

1.1宽带整形放大电路方案比较与选择

方案1：整形放大电路先将信号放大成FPGA可检测的电压，然后通过整形把正弦波变成方波。由于要放大的信号为1 Hz～100 MHz，而信号的峰峰值为20 mV～1 V，所以必须将信号通过宽带放大器将小信号放大，然后通过整形电路将信号整形成FPGA可测量的方波。对于不同幅度的电压，放大的倍数不同，考虑到该硬件电路在短时间内较难完成，且成本较高，故不选用。

方案2：采用TI的TLV3051高速比较器，由于该芯片的响应时间为4.5 ns的rail to rail输出，整形后可直接作为FPGA的测试信号，故将它搭建为高频信号的整形电路，但由于高频比较器响应时间很短，对高频噪声很敏感，而低频信号上一般叠加有一定的高频信号，这就导致输出信号沿容易产生抖动，故测量低频信号时可采用LM393低频比较器对低频信号整形。该方案可以实现有效值10 mV～1 V以及10 Hz～100 MHz的信号放大整形。

综合比较，方案2更加简单易行，故采用此方案。……