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基于FPGA和单片机的实时脉冲信号参数测量仪

更新时间:2009-03-28

脉冲信号参数测量仪是一种常用的测量仪器,可以测量脉冲信号[1]的各种参数,具有测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点,被广泛应用在无线电通信、雷达、导航、机械控制、医疗等方面。传统的测量方法通常使用示波器来测量脉冲信号,但测量精度较低,误差较大。频谱仪可以准确地测量脉冲信号的频率,但测量速度较慢,无法实时快速地跟踪被测脉冲信号频率的变化。而信号参数测量仪能够快速准确地捕捉到被测脉冲信号频率和占空比等的变化。但是,传统的脉冲信号参数测量仪虽然功能比较齐全、测量精度高,但是大多为台式的,体积大、价格昂贵。而便携式的脉冲信号参数测量仪,测量的精度一般没有台式的高。所以,如何既满足测量的便携性要求,又能有较齐全的功能和较高的精度,需要比较完善的设计方案。

大部分现有技术都是基于单片机来设计脉冲信号参数测量仪,受制于单片机本身较低的主频,测量结果的精度不足,且很难测量频率较高的脉冲信号,一般为几万赫兹[2-3]。随着信息技术革命的快速发展和大规模FPGA(现场可编程门阵列)的出现,利用FPGA芯片对脉冲信号进行测量和数据处理将成为可能[4-5]。但是有些基于FPGA的测量方案只是在开发板上进行了测试, 给出了系统仿真波形[6];或者只是软件仿真,未见硬件实物,例如使用Max+PlusⅡ或QuartusⅡ9.0软件仿真[7-8]

本项目设计方案采用低功耗FPGA作为主控芯片,进行A/D采样、控制、数据存储、运算等,计算出被测脉冲信号的频率、占空比等参数[9-10],再通过51单片机控制的12864液晶屏显示出来。由于FPGA采用并行运算处理方式,可同时进行运算处理和数据输出,运算速度上满足了实时性的要求,而且运算精度也得到了较大的提高,所以制作出的脉冲信号参数测量仪既能满足测量的便携性要求,又能有较高的精度。

1 系统设计

脉冲信号参数测量仪系统的设计框如图1所示,系统主要由FPGA、51单片机和12864液晶显示屏组成。FPGA对被测得的脉冲信号进行分频和计数,51单片机进行显示控制,测量的结果通过12864液晶屏显示出来,而为了测试脉冲信号参数测量仪系统的性能,我们还需要用函数信号发生器和示波器来进行测量结果的正确性验证。

1.1 系统设计的测量原理

  

图1 系统设计框

首先,利用FPGA芯片内部自带的时钟,通过分频时钟、闸门控制电路和计数器的复合使用,选择合适的时间基准信号即闸门时间,然后在闸门时间内对被测量信号进行计数, 时间基准信号为高电平时,闸门打开,频率计开始对被测信号进行计数。得到的计数结果即为被测脉冲信号的频率。

另外,由占空比=(高电平计数×时钟周期/信号周期)×100%,可以计算出被测脉冲信号的占空比。接着,再将FPGA芯片计算得到的频率和占空比数值传出到由51单片机控制的液晶显示屏12864的数据端口,显示出被测脉冲信号的频率和占空比。并且,作为附加功能,根据FPGA芯片的基准时钟频率为50 MHz,采用锁相环(PLL)进行1/50分频得到1 MHz的标准矩形脉冲信号。

1.2 系统设计的软硬件组成

本脉冲信号参数测量仪系统中,在硬件部分,FPGA选用ALTERA公司Cyclone IV系列EP3C25Q24C08芯片,串行配置器件为EPCS16,外接50 MHz有源晶振。51单片机选用STC89C52单片机,整个系统设计框如图1所示。函数信号发生器输出的脉冲信号可通过FPGA测量,计算得到的频率F和占空比D在12864液晶屏上显示出来。FPGA还可产生频率为1 MHz的标准脉冲信号,接示波器的CH1口来验证其测量结果的正确性。

另外,本文设计的脉冲信号参数测量仪系统还可提供一个标准脉冲信号发生器作为附加功能,如图5所示。产生的标准脉冲信号的频率为1 MHz,误差的绝对值不大于1%;脉宽为100 ns,误差的绝对值不大于1%;幅度值为(3.3±0.1)V(负载电阻为50 Ω)。

在软件部分,部分参考代码如下所示:

在语篇的构建过程中,作者不仅要通过逻辑诉诸谋篇布局,通过人格诉诸获取信任,为了达到更好的劝说效果,同样要调动元话语资源,激起受众的情感,同时创造对话性语境使读者参与到语篇的构建之中,当受众的情感被适当激发时,劝说效果的实现往往事半功倍。亚里士多德认为,“当话语激起听众的情感时,劝说可以通过听众来取得。我们感到高兴或友善时,我们的判断与我们的心所感觉到的痛苦和不友善时是不一样的”[9](P141)。元旦社论中包含大量的实现情感诉诸的人际互动型元话语,主要有强调标记语、态度标记语以及介入标记中的读者称呼语、情态责任动词、祈使动词以及问句等。

tx send(.clk_50M(clk_50M),.latch(pulse_1),//上升沿锁存数据 周期1s

module high_level_count( //输出sin高电平时计的clk个数。clk下降沿锁存

input sin,

input clk, //250MHZ

output reg[31:0]count_max //高电平时记得的最大值.);

sbit LCD_RS=P2^4; //寄存器选择输入

module jishu( //sys_clk 下降沿锁存

high_level_count pinlv_1(.sin(fenpin),.clk(sys_clk), .count_max(count1_max)); //高电平计数值

wire pulse;

pulse_1s pul(.sys_clk(sys_clk),.pulse(pulse));

high_level_count pinlv_2(.sin(pulse),.clk(sin), .count_max(count2)); //0.5s 计数脉冲个数.

一是学习不足。医院管理人员多从临床医务工作者中选拔,临床业务技能强,但在管理专业知识方面却相对薄弱,加之医院管理的特殊性,不少干部均为“双肩挑”,学习中埋头拉车而疏于抬头看路,重业务、轻管理的现象客观存在,需要平衡临床业务与管理投入。

参考文献:

十八洞村精准扶贫管理系统涉及地理信息数据繁多,业务逻辑复杂,需要众多服务支持,按照传统开发方式,系统部署需要在现场重新发布服务,这样不仅耗时耗力,而且现场部署运行环境难以控制,容易出错。该系统采用Docker容器技术,将程序及其运行环境封装成包,部署时只需将封装的包拷贝即可,无需重新发布服务,并且能够做到“一次封装,到处运行”,因而也能够很好地应对大范围的推广应用。

1.3 系统设计的接口配置

1)FPGA的接口定义如图2所示:

  

图2 FPGA的接口定义

2)51单片机的接口定义如下:

P3.0接口接FPGA的PIN226(tx232)。

3)12864液晶屏与51单片机的接口定义如下:

high_level_count duty_2(.sin(~sin),.clk(sys_clk), .count_max(count4_max)); // 低电平计数值

#define LCD_data P0 //数据口

reg[31:0]count; //计数器

sbit LCD_RW=P2^5; //液晶读/写控制

sbit LCD_E=P2^6; //液晶使能控制

[2] 张波.利用蓝牙传输的远程声级计系统设计[J].金陵科技学院学报,2016(3):18-22

脑血栓多发于老年人群,具有病情长,难治愈的特点,患者不仅行动不便,而且多合并语言障碍[1]。脑血栓形成机制是动脉粥样硬化,其中血脂异常和脑血管发病具有重要的关系,其血液黏度过高,血小板聚集等也是引起疾病的关键因素[2]。所以,在临床治疗用药选择阿托伐他汀、抗血板药物分析对血小板参数的影响,可以掌握患者病情治疗进展,分析如下。

2 实验结果分析

脉冲信号参数测量仪的显示界面如图3所示,显示的数值和函数信号发生器输出的被测脉冲信号数值(图4)是一致的,验证了实验结果的正确性。

并且,经实验证明,本文设计的脉冲信号参数测量仪可测量脉冲信号频率F的范围为10 Hz~2 MHz,测量误差的绝对值不大于0.1%,可测量脉冲信号占空比D的范围为10%~90%,测量误差的绝对值不大于2%。

  

图3 测量得到的被测脉冲信号的频率、占空比

  

图4 函数信号发生器输出的2.1 MHz被测脉冲信号

  

图5 示波器测量的1 MHz标准脉冲信号

(2) 熵权法计算权重:设存在m个评价对象和n评价指标,将定性评价指标转化为定量数据,构建原始数据矩阵Z=[zij]mn,对矩阵Z进行标准化处理,得到标准化矩阵K=[kij]mn,对于收益型指标和成本型指标标准化方法分别为:式中zmax、zmin为不同评价对象同一类指标极值。

3 结 语

本文设计的脉冲信号参数测量仪在测量信号的频率及占空比时,只要用FPGA、51单片机和液晶屏三个模块即可,不需要外接诸如DDS芯片这样的信号发生电路,硬件电路简单,精度高,容易调试。相对一般的脉冲信号参数测量仪,本仪器在测频率和占空比两个参数上的性能指标都较高,测量误差小,可测量频率最大2 MHz左右的脉冲信号,在测量频率范围和测量误差方面都很好地满足系统的设计要求,同时为了系统自校准和对外信号输出的需要,还能产生1 MHz的标准矩形脉冲信号,具有一定的实用性。后期还可将模块集成在一块PCB电路板上,外接锂电池,制成便携式的脉冲信号参数测量仪。

生物体结构和功能的基本单位是细胞,酸雨对生物的影响归根结底是对生物细胞的影响。制作细胞临时装片,用显微镜可以观察到细胞结构,用细胞染色技术模拟酸雨降落到细胞,用观察小鱼尾鳍血流情况的培养皿装置既可以防止污染显微镜,又可以观察到细胞被酸雨侵袭后的动态变化过程。

IEET工程教育认证不设置任何量化的指标[7-8],主要以学生毕业生具备专业核心能力,并评估毕业后3-5年的专业知识及技能、实务执行与领导统御之基本能力、从事研究之基本能力、培养服务社会之能力。进而进行专业调制和改进,达成具有自己的特色教育目标。其目的让参与认证的专业依照各个专业的定位、行业标准、特色、学生背景及相关环境做出自己专业的学生应该具备的核心能力。并考核学生之学习成果,评量学系、研究所学程是否达到其自设的教育目标[9],及其毕业生是否拥有进入职场应具备之基础专业核心能力。其主要目的是为促进其建立并落实持续改善机制,不断提高工程教育质量。

说来也巧,老头负责给牡丹池烧火,但他的灶台却不在牡丹池院内。大灶连着老虎灶,既给浴池加热,又为街坊供应开水,因此门开在浴池背后的巷内。大灶所需柴火量大,与牡丹池隔开有好处,便于防火。平时牡丹池不给老头开工钱,只供应柴火,老虎灶的开水收入归老头所有。老头舍不得老虎灶,加上他坚信自己是清白的,与峋四爷的死毫无牵连,因此哪里也不去。不过,虽说他又老又残,并不傻,暗地里思量,峋四爷为人怎样不知道,但是很显然,四爷是牡丹池的财神爷。犹豫再三,老头还是向李霸崖提供了一条看似有用的线索:大约五六天前,熏衣室新来一个小徒工,满脸黑漆漆的,赛过包公,留给人的印象很深。

high_level_count duty_1(.sin(sin), .clk(sys_clk), .count_max(count3_max)); //高电平计数值

[1] 孟祥利,侯孝民,廉昕.脉冲超宽带信号应用于测控领域的可行性研究[J].兵器装备工程学报,2016,37(7):123-126

②平滑点数设置对平均相关系数 )的影响。表1的值是在系统默认的平滑点数设置为9时、计算得到的相关系数。在特征谱段不变、数据预处理方法为二阶导数的情况下,变更相关系数模型的平滑点数设置,平滑点数分别设置为“5/9/13/17”,比对结果见表2。

sbit LCD_PSB=P2^1; //串/并方式控制

[3] 刘竹琴,白泽生.一种基于单片机的数字频率计的实现[J].现代电子技术,2010,33(1):90-92

[4] 陈平平,杨雷,张志坚.基于FPGA的VGA数据线测试仪的设计与实现[J].现代电子技术,2016,39(14):127-130

如嘉靖五年五月,费宏为少师兼太子太师吏部尚书谨身殿大学士,杨一清为少师兼太子太傅吏部尚书武英殿大学士。太子太师高于太子太傅,故宏“居一清上”[7](卷1,费宏传)。嘉靖十年九月,李时为太子太保礼部尚书文渊阁大学士,翟銮为礼部尚书文渊阁大学士。“时后入,以宫保官尊,反居銮上。”[2](卷193,李时传)

[5] 朱华,王玫,王长龙.UWB定位系统中雷达脉冲检测的FPGA实现[J].计算机工程与科学,2009,31(3):132-134

[6] 胡文静,张国云,刘翔,等.量程自整定高精度频率测量的FPGA实现[J].电子技术应用,2012(1):73-76

白居易的闲适诗也是极其真实的,他在山水诗中描摹自然,在起居诗中抒写日常生活。他以毫不掩饰地,以平淡自如笔调的抒发自己对人生、自然的体悟和情趣。他吟咏的题材多微小而普通,既有饮食起居、职务傣禄,也有山水风月和炼丹服药,在这些闲适诗的创作中白居易摒弃了早期对时政现实的关心,而是关注于眼前的日常生活,以素朴自然的手法对生活作细致入微的不加修饰的描写。如他的《残酌晚餐》云:

[7] 李莉,熊晶.基于CPLD和单片机的等精度数字频率计设计[J].现代电子技术,2015(10):118-120

[8] 屈宝鹏,张喜凤,李想.基于VHDL的高精度数字频率计的设计与实现[J].现代电子技术,2013(18):144-147

[9] 郭伟然,刘耀,汤勇明.基于FPGA的频率特性测试仪的设计[J].电子器件,2011,34(6):713-717

[10] 余果,郭心伟,刘小浩,等.基于FPGA的数字频率计设计[J].电子设计工程,2016,24(18):57-59

 
高英杰,陈婕,刘飞,叶全意
《金陵科技学院学报》2018年第01期文献

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