周期的等精度测量本科生毕业设计开题报告.doc

本科生毕业设计（论文）幵题报告 毕业设计题目: 周期的等精度测量 学 院：信息科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 2017年 3月 15日 周期的等精度测量 1、 课题研究的目的和意义 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机的出现和发 展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了 巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器m。测量周期的仪 器广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠 性等方面都发生了重大的变化。传统的周期计测量误差较大，等精度周期计以 -其测量准确、精度高、方便等优势将得到广泛的应用［21。 传统的测周期方法有直接测频法和测周法，在一定的闸门吋间内计数， 门控信号和被测信号不同步，计数值会产生一个脉冲的误差。等精度测周期法 采用门控信号和被测信号同步，消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差。 等精度周期测量方法消除了量化误差，可以在整个测试频段内保持高精度不 变，其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化［31。采用单片机作为控制核 心的等精度周期计，可以充分利用单片机软件编程技术实现等精度测周期。通 过单片机对同步门的控制，使被测信号和标准信号在闸门吋间内同步测量， 为了提高精度，将电子计数功能转为测周期，采用多周期同步测量技术，实现 等精度测量［4_51。 2、 课题研宄的主要任务和预期目标 2.1.主要任务及要求 等精度测量的核心思想在于如何保证在实际测量门闸内被测信号为整数 个周期，这就需要在设计中让实际测量门闸信号与被测信号建立一定的关系。 基于这种思想，设汁中以被测信号的上升沿作为开启门闸和关闭门闸的驱动 信号，只有在被测信号的上升沿才将图1中预置的“软件闸门”的状态锁存，因此在“实际闸门” Tx内被测信号的个数就能保证整数个周期，这样就避免 普通测量方法屮被测信号的±1的误差，但会产生高频的标准频率信号的±1 周期误差，由于标准频率fo的频率远高于被测信号，因此它产生的±1周期 误差对测量精度的影响十分冇限，特别是在屮低频测量的时候，相较于传统 的频率测量和周期测量方法，可以大大提高测量精度|61。 软件闸门 ，被?iTLnLrmjTPLPLRrLrL f X △ /IA/2标 △ /I A/2 标 dm inn 图1:等精度测量原理 2.2预期目标 通过采用单片机AT89C52作为系统控制单元，再应用适当的软、硬件资源 完成以单片机为核心的等精度周期计设计，实现周期的等精度测量。通过采用 标准时基信号为10MHz，根据不同的被测周期调整不同的标准信号频率［7|;等 精度周期计不仅可以测量周期，还可以测量频率、相位和用于计数，编写相应的 程序来实现相应的功能|81。通过实验测试后，使等精度周期计运行可靠；使该等 精度周期计能应用于工程领域的高速计数场合|91。 三、设计方案 设计思想 基于传统测周期原理的测量精度将随被测信号频率的变化而变化。传统 的直接测周期法其测量精度将随被测信号频率的降低而降低，测周法的测量 精度将随被测信号频率的升高而降低，在实用屮有较大的局限性，而等精度 频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精 度U0-川。 等精度周期的测量原理图2所示。频率为么的被测信号经通道滤波、放 大、整形后输入到同步门控制电路和主门1（闸门），晶体振荡器的输出信号作 为标准信号（吋基信号）输入到主门2。被测信号在同步控制门的作用下，产生 一个与被测信号同步的闸门信号，被测信号与标准信号（时基信号）在同步门 控制信号的控制K。在同步门打开时通过同步门分别输入到事件计数器和时 间计数器的信号输入端，计数器开始计数。同步门关闭时信号不能通过主门， 计数器停止计数，单片机发出命令读入计数器的数值，并进行数据处理，将 处理后的结果送显示|121。 AT89C52 图2:等精度周期测量原理图 方案论证 等精度频率测量方法是采用多周期同步测量。如图2的测量原理图所示 由单片机发出预置门控信号GATE，GATE的时间宽度对测周期精度影响较 少，可以在较大的范围内选择，即在高频段吋，闸门吋间较短；低频吋闸门 时间较长。实现了全范围等精度测量，减少了低频测量的误差|131。 在同步门的控制下，一方面保证了被测信号和时基信号的同步测量；另 一方面在同步门打开后计数器并不是马上计数，而是在被测信号的下一个上 升沿开始计数，同步门关闭后计数器也不是马上停止计数，而是在被测信号 的下一个上升沿停止计数。即在实际闸门吋间计数，从而提高了测量精度 ［14-151 O 由于采用D触发器实现的冋步门的同步作用，事件计数器所记录的Nx 值己不存在误差的影响，但由于时钟信号与闸门的开和关无确定的相位关系， 吋间计数