[发明专利]基于FPGA的脉冲信号参数测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号相关参数的测量方法，具体为一种基于FPGA的脉冲信号参数测量方法及系统。

背景技术

对于信号的测量，频率和占空比是需要测量的最基本参数。在传统的电子测量仪器中，示波器在对脉冲信号进行频率参数测量时，测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量脉冲信号的频率并显示被测脉冲信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测脉冲信号频率的变化。正是由于脉冲信号参数测量仪能够快速准确的捕捉到被测脉冲信号的频率、占空比等参数的变化，具有测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点，所以得到广泛地应用。许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等，都可以通过传感器转换成信号的频率以及占空比等参数，再用脉冲信号参数测量仪来测量。尤其是将脉冲信号参数测量仪与微处理器(FPGA,DSP，单片机)相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化。如果产品变得低功耗且可便携，将会有很大的市场经济需求。

在传统的生产制造企业中，脉冲信号参数测量仪被广泛的应用在对生产线的生产测试中其能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用脉冲信号参数测量仪能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，脉冲信号参数测量仪被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，脉冲信号参数测量仪既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

然而，目前这种功能比较齐全，测量精度较高的测量仪器大多是台式的，而在便携式的测量仪器方面，不是功能没有台式的那么完善，就是测量的精度远没有台式的高。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，如：

吴云靖,董恩生,庞宇,等.基于单片机的便携式脉冲信号参数测试仪[J].国外电子测量技术,2009,28(12):47-50.；

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.；

受制于单片机本身较低的主频，测量结果的精度不足，且很难测量高达2MHz的脉冲信号，一般为几十KHz。而本作品采用的是单片机+FPGA芯片，通过FPGA芯片的计算来测量脉冲信号的参数，单片机只是用来做显示控制，这种方案虽然成本上稍微高些，但是测量精度较高，且可以测量MHz频段的脉冲信号参数。

也有部分技术基于FPGA设计脉冲信号参数测量仪，如：

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.

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.

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.

但是有些只是在开发板上进行了测试,给出了系统后仿真波形；有些只是在软件上做了仿真，如CPLD部分的仿真使用Max+PlusⅡ软件,单片机部分的仿真使用Protues软件，或者在QuartusⅡ9.0软件开发环境下进行了仿真。他们都未做出最后的实物，可以将测量得到的脉冲信号参数显示在液晶屏上。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，本专利采用低功耗的FPGA芯片作为主控芯片，可以测量脉冲信号的频率、占空比等参数，再通过51单片机控制的液晶显示屏显示出来，能够在测量范围和测量误差方面都很好地满足系统总体的设计要求，功耗低，体积小，方便携带；且成本较低。

本发明提供的基于FPGA的脉冲信号参数测量方法，该方法采用FPGA芯片作为主控芯片，利用频率测量法或者周期测量法测量脉冲信号的基本参数，最终通过显示器将脉冲信号参数显示出来。

该方法的具体过程为：

步骤一，对所述FPGA芯片的自带时钟，选择合适的时间基准信号，即闸门时间；

步骤二，在闸门时间内对被测信号进行计数，所述计数结果即为被测脉冲信号的频率fO

步骤三，利用计数值、时钟周期及信号周期的关系，得到被测脉冲信号的占空比D；

步骤四，再将所得的频率和占空比数值传出到由单片机控制的液晶显示屏的数据端口显示出来。

所述脉冲信号的基本参数包括频率fO和占空比D。