基于單片機和FPGA的多功能計數器的設計

1 引言
頻率、周期、相位是交流信號的3大要素。一般情況下，分析交流信號需研究其頻率與相位，而周期可直接由頻率計算。對于正弦信號的頻率、相位測量準確度的要求不斷提高，而隨著電子技術的發展，對其測量方法仍不斷改進完善。較早采用直接頻率測量的測頻法，為了保證測試精度，一般低頻信號采用測周期法，而高頻信號采用測頻法，測量很不方便。而相位測量最初采用測量信號一個周期參數的方法，該方法精度適用于低頻，而高頻時誤差變大。該多功能計數器采用等精度測量法來測量信號頻率，同時采用基于單片機和FPGA的計數相位測量方法完成精確相位測量，并能在液晶顯示器實時顯示當前信號的頻率、周期和相位差。該計數器將正弦信號頻率和相位的測量于一體，精度高，實用性強。

2 方案設計論證
2．1 頻率測量
等精度測量法的測量時間是人為設定的，閘門的開啟和閉合由被測信號的上升沿來控制，測量精度與被測信號頻率無關，因而可以保證在整個測量頻段內的測量精度保持不變。被測信號的計數是同步的，對于基準信號來說，存在±1的誤差，只要計數足夠大，可滿足高精度要求。
2．2 相位測量
相差一時間測量法是將整形后的兩路方波送入FPGA，分別檢驗出兩個信號的上升沿，通過FPGA內部計數器在兩個信號的上升沿間對晶振進行計數。在低頻段時，RC濾波電路的輸出波動很大，該相位測量通過采用高頻率的計數脈沖，相位受信號頻率影響小，可實現較高的測量精度。