[本科毕业设计(论文)开题报告]
燕 山 大 学
本科毕业设计(论文)开题报告
课题名称:基于凌阳SPCE061A的 频率测量计的设计 学院(系):信息科学与技术学院 年级专业:07级电子信息工程4班
学生姓名:张建
指导教师:孙洁娣 完成日期:2011年3月23日
一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义
1、选题的依据和意义
频率是反映信号特性的基本参量之一,频率测量在应用电子技术领域有着重要的地位。测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。数字化处理技术使得测量仪器设备功能完美,但数字处理的实时性受到处理速度的限制,实时测量对电路的处理速度要求越来越高,目前的微控处理芯片发展速度,出现诸如DSP,FPJA等不同领域的应用芯片。在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多的电参量的测量方案、测量结果都有什么密切的关系,因此频率测量在科技研发和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常才用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较大,运行速度慢,而且测量低频信号时不宜直接采用。因此频率测量方案的优化也越来越受到重视。测量频率的方法也越来越受到重视。测量频率的方法有很多种,其中电子计数测量频率器具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是测量频率的重要手段之一。另外,由于把微型计算机的功能引入到了数字仪表,因此测量的数字化、智能化逐渐成为当前测量技术的发展趋势。数字化处理技术使得测量仪器设备功能完美,但数字化处理的实时行受到处理速度的限制,实时测量对电路的处理速度要求越来越高
2、国内外研究动态
随着科学技术的发展,频率计的设计方法也越来越多样化,有具有记忆功能的触发器设计而成的频率计,还有用可编程的逻辑器件而成的频率计,还有以单片机为核心器件设计而成的频率计。说到用单片机设计的频率计的,这里说下ICM7216D。单片频率计ICM7216D是美国Intelsil公司首先研制的专用测频大规模集成芯片。它是标准的28引脚的双列直插式集成电路,采用单一的+5V稳压电源工作。它内含高频振荡器、10进制计数器、7段译码器、位多路复用器,能够直接驱动LED显示器的8段段码驱动器、8位位码驱动器。其基本的测频范围为DC至10MHZ,若加预置的分频电路,则上限频率可达10MHZ或100MHZ,单片频率计ICM7216D只要加上晶振、量程选择、LED显示器等少数器件即可构成一个DC至40MHZ的微型频率计,可用于频率测量、机械转速测量等方面的应用。
我国利用相检宽带测频技术设计的高精度频率计也非常具有突破性和实用性。该项技术及仪器是针对已有测频技术的特点以及存在问题,推出完全新的检测精度高、便于实施且设备构成又比较经济的一种新技术及仪器。其测量精度高于一般仪器1000倍以上。而价格只相当于国内外同档仪器价格的1/2和1/18。该成果特点:学术思想新颖,提出了两频率信号间的量化相移分辨率与最大公因子频率值及两比对信号频率值之间的关系。应用最大公因子频率的概念,用相位检测的方法进行中、高频宽带频率范围的高精度范围的高精度测量,测量精度高而设备构成简单,它可以替代多种专用测量仪器并开发出多种用途不同的频率及周期性信号的测量仪器,用宽带相检测频技术与计算机等先进技术相结合所研制的XDU-17型高分辨,具有对比频率范围宽、测量精度高,设备结构简单的特点。与国内外同内仪器相比,它在测量精度等方面均达到国内外的同内设备的先进水平,而且性能价格比远远优于国外的仪器。该技术已获得国家发明专利。使用这项技术,可很好地解决各种非标准频率的比对为题,可作为高精度频率计,还可以取代给中用途单一的频标比对、校频仪器。因此这项技术具有显著的开发深度与广度。
二、研究的基本内容,拟解决的主要问题
频率是反映信号特性的基本参量之一,频率测量在应用电子技术领域有着重要的地位。测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。数字化处理技术使得测量仪器设备功能完美,但数字处理的实时性受到处理速度的限制,实时测量对电路的处理速度要求越来越高,本课题基于凌阳单片机SPCE061A设计了一种频率测量计,对于便携式仪器的设计过程有了进一步了解。
本次研究将分别研究 : (1)凌阳单片机SPCE061A的基本原理以及应用。
(2)如何实现频率测量。
(3)频率测量的几种方法。
(4) 如何应用凌阳单片机SPCE061A完成频率测量计的设计。
三、研究步骤、方法及措施
1 学习凌阳SRCE061A的基本原理:SPCE061A是凌阳科技公司L’nSPTM
(M icrocon2t ro llerA nd Signal P rocesso r)系列产品中的16位微控制器芯片, 内置32k闪存, 其较高的处理速度使芯片能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号,适用于数字语音识别等应用领域。在216V~ 316V工作电压范围内,SPCE061A的工作速度范围为0.32~ 49 .152MHz,具备8通道10位ADC输入功能,内置的具有自动增益控制的麦克风输入功能,双通道10位DAC音频输出功能及AB两个I/ O口输入输出功能。其主要的特点是:
(1)A/D转换功能:SPCE061内部集成了8通道10位的A/ D转换器,采用逐次逼近原理实现模2数转换,在检测连续变化的模拟量,如温度、压力、流量、转速、声音、亮度时非常方便,在语音类仪器仪表、家用电器中得到较好的应用。
(2)开发调试方便:SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。它既是一个编程器(即程序烧写器) ,又是一个实时在线调试器,因此在其应用项目开发调试中非常方便 。
2 学习频率测量计的基本原理:频率计最基本的工作原理为:当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时,则被测信号的频率f=N/T(如右图所示)。在一个测量周期过程中,被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
3学习频率测量的方法:(1)直接方式测频 (2)周期法测频 (3)等精度测频
四、研究工作进度
第1~4周:收集资料,通过学习相应书籍和查阅资料,了解课题研究的基本内容、目的和意义,对课题目前的发展和对较为常见频率测量有所了解和掌握,确定设计思路。
第5~8周:系统硬件电路设计与软件程序编制,掌握凌阳单片机SPCE061A的基本原理以及开发应用。
第9~12周:硬件电路调试,编制软件程序、调试及优化。
第13~16周:实验结果整理及其总结
第17~18周:整理实验结果,进行课题总结,撰写论文,准备答辩。
五、主要参考文献
1 罗亚非.凌阳16 位单片机应用基础.北京:北京航空航天大学出版社,2003.
2 薛钧义,张彦斌,虞鹤松,等. 凌阳16 位单片机原理及应用. 北京:北京航空航天大学出版社,2002.
3 谭家玉,郑大宇. 单片机原理及接口技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.
4 李晶皎. 嵌入式语音技术及凌阳16位单片机应用.北京:北京航空航天大学出版社,2003.
5 杨吉祥,詹宏英,梅杓春.电子测量基础.南京:东南大学出版社,1999. 6 沙占友. 数字化测量技术与应用.北京:机械工业出版社,2004.
7 梅杓春,王勇.现代电信仪表原理与应用. 北京:人民邮电出版社,1998. 8 Francisco Duque Carrillo J ,Jose L Ausin,Gudio Torelli.1 V Rail to Rail Operational Amplifiers in StandardCMOS Technology [J ] . IEEE J .Solid state Circuit s ,2000 ,35 (1) :33 43.
9 Phillip E Allen ,Douglas R Holberg.CMOS 模拟电路设计 .2 版.北京:电子工业出版社,2002.
10 林越,徐栋麟, 任俊彦,等.基于共模电平偏移电路新型CMOS低电压满幅度运放设计.半导体学报,2002 ,23(5) :529 534.
11 Chun J en Huang ,Hong Yi Huang.A Low Voltage CMOSRail to Rail
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12 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社 2004.
六、指导教师意见
指导教师签字:
七、系级教学单位审核意见:
开题考核分数: 年 考核组长签字: 年 月 日 月 日