基于单片机和FPGA的多功能计数器的设计

1 引言
频率、周期、相位是交流信号的3大要素。一般情况下，分析交流信号需研究其频率与相位，而周期可直接由频率计算。对于正弦信号的频率、相位测量准确度的要求不断提高，而随着电子技术的发展，对其测量方法仍不断改进完善。较早采用直接频率测量的测频法，为了保证测试精度，一般低频信号采用测周期法，而高频信号采用测频法，测量很不方便。而相位测量最初采用测量信号一个周期参数的方法，该方法精度适用于低频，而高频时误差变大。该多功能计数器采用等精度测量法来测量信号频率，同时采用基于单片机和FPGA的计数相位测量方法完成精确相位测量，并能在液晶显示器实时显示当前信号的频率、周期和相位差。该计数器将正弦信号频率和相位的测量于一体，精度高，实用性强。

2 方案设计论证
2．1 频率测量
等精度测量法的测量时间是人为设定的，闸门的开启和闭合由被测信号的上升沿来控制，测量精度与被测信号频率无关，因而可以保证在整个测量频段内的测量精度保持不变。被测信号的计数是同步的，对于基准信号来说，存在±1的误差，只要计数足够大，可满足高精度要求。
2．2 相位测量
相差一时间测量法是将整形后的两路方波送入FPGA，分别检验出两个信号的上升沿，通过FPGA内部计数器在两个信号的上升沿间对晶振进行计数。在低频段时，RC滤波电路的输出波动很大，该相位测量通过采用高频率的计数脉冲，相位受信号频率影响小，可实现较高的测量精度。