一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊技術方案

一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，所述片上系統即SoC芯片或系統級芯片，該頻率測量模塊有利于通過其高集成度在很小的面積上實現多通道信號頻率的精確測量，還可以通過擴展的TCP與遠程終端協同工作，通過擴展的觸摸顯示屏幕進行人機交互，其特征在于，包括片上系統主控制器，所述片上系統主控制器分別連接電源模塊、觸控模塊和外圍接口，所述片上系統主控制器包括主控制單元和分別與主控制單元互連的輔助控制單元和FPGA模塊，所述FPGA模塊連接測頻模塊，所述主控制單元連接通信模塊，所述測頻模塊具有被測信號接口，所述通信模塊遠程終端接口，所述觸控模塊具有觸摸顯示屏接口。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及儀器儀表領域，特別是一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，所述片上系統即SoC芯片或系統級芯片，該頻率測量模塊有利于通過其高集成度在很小的面積上實現多通道信號頻率的精確測量，還可以通過擴展的TCP與遠程終端協同工作，通過擴展的觸摸顯示屏幕進行人機交互。
技術介紹
頻率的高精度測量可以使人們更有效地認識、分析信號，在某些要求低功耗、高精度的頻率測量場合，XILINX系列SoC能較高效地完成該任務，其FPGA頻率可穩定工作在250M以上，使用等精度頻率測量法可精確測得到TTL信號的頻率，配合前端電路和片內ARM系統，可完成任意信號的頻率測量和結果顯示、傳輸等功能。上世紀90年代，SoC(SystemonaChip，一種將微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器等集成的單一芯片，又稱為片上系統或系統級芯片)概念被提出，SoC可有效的降低電子/信息系統產品的開發成本，縮短開發周期，提高產品的競爭力，其目的是為了克服多芯片集成系統設計中遇到的一些困難，縮短各器件間的延遲時間。隨著SoC技術的不斷發展和完善，在單芯片上集成處理器、邏輯器和存儲器等，能夠完成信號的采集、處理和傳輸等功能，提高了系統的速度、降低了硬件結構的復雜度和總體成本。用可編程器件的FPGA來實現SoC功能的SOPC技術已經能夠成熟的嵌入軟、硬核處理器IP，具有靈活的設計方式，可裁剪、可升級，具備軟硬件在系統可編程的功能。同時，目前主流的FPGA處理器中還可以運行Linux系統，方便了應用程序的編寫，使高集成度的頻率測量模塊成為了可能。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，所述片上系統即SoC芯片或系統級芯片，該頻率測量模塊有利于通過其高集成度在很小的面積上實現多通道信號頻率的精確測量，還可以通過擴展的TCP與遠程終端協同工作，通過擴展的觸摸顯示屏幕進行人機交互。本專利技術的技術方案如下：一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，包括片上系統主控制器，所述片上系統主控制器分別連接電源模塊、觸控模塊和外圍接口，所述片上系統主控制器包括主控制單元和分別與主控制單元互連的輔助控制單元和FPGA模塊，所述FPGA模塊連接測頻模塊，所述主控制單元連接通信模塊，所述測頻模塊具有被測信號接口，所述通信模塊遠程終端接口，所述觸控模塊具有觸摸顯示屏接口。所述測頻模塊包括前端電路，所述前端電路包括依次連接的同相比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器電路，所述施密特觸發器連接所述FPGA模塊。所述測頻模塊內包括同相比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器，被測信號先經過同相比例放大電路，隨后經過限幅電路將1～12V的信號限制在0.7V以下，再經過后級濾波放大后輸入施密特觸發器轉換成方波，此時信號幅值范圍滿足FPGA的IO電平輸入范圍，此時利用等精度測量模塊即可測量單位閘門時間該信號的周期數。所述測頻模塊內包括通向比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器，被測信號經過同相比例放大器放大信號幅值，使得后級波形變換能識別的信號范圍更寬，隨后經過限幅電路將1～12V的信號限制在0.7V以下，再經過后級濾波放大后輸入施密特觸發器轉換成方波，此時信號幅值范圍滿足FPGA的IO電平輸入范圍，此時利用等精度測量模塊即可測量該信號的頻率值。所述測頻模塊包括前端電路，所述前端電路包括依次連接的第一運算放大器、信號鉗位電路、濾波電感和第二運算放大器，所述第二運算放大器連接施密特觸發器，所述施密特觸發器連接所述FPGA模塊。所述第一運算放大器通過第一電阻連接所述信號鉗位電路的一端與濾波電感的一端所形成的第一節點，所述信號鉗位電路包括第一鉗位二極管和第二鉗位二極管，第一鉗位二極管的負端和第二鉗位二極管的正端均連接所述第一節點，第一鉗位二極管的正端和第二鉗位二極管的負端均連接接地端，所述濾波電感的另一端通過第二電阻連接所述第二運算放大器，并通過第三電阻連接接地端。所述主控制單元和所述輔助控制單元構成雙核處理器，所述雙核處理器分別互連片上總線和接口總線，所述片上總線分別通過不同的外部總線協議連接輸入/輸出單元，所述接口總線互連于可編程邏輯模塊，所述可編程邏輯模塊包括現場可編程門陣列模塊、數字信號處理模塊、系統監視模塊、外設部件互連模塊和隨機存取存儲模塊，所述系統監視模塊和所述外設部件互連模塊均設置有串行外設接口。所述測頻模塊以陣列分布，每一個測頻模塊均接收標準信號頻率和被測信號頻率，所述測頻模塊連接頻率運算除法器，所述頻率運算除法器利用左移32bit后的單位閘門時間內被測信號周期數與單位閘門時間內基準信號周期數相除，得到相對于基準時鐘的被測信號相對頻率值，將該相對頻率值通過順序儲存器和傳輸通道接口上傳至微處理器或CPU以得到絕對頻率值。所述遠程終端接口連接遠程終端，所述多通道信號頻率測量模塊通過擴展的TCP與遠程終端協同工作；所述觸摸顯示屏接口連接觸摸顯示屏，以進行人機交互。本專利技術的技術效果如下：通過該多通道信號頻率測量模塊，能監測多通道信號頻率的精確測量結果，還可以通過擴展的TCP與遠程終端協同工作、通過擴展的觸摸顯示屏幕進行人機交互。CPU讀取數據總線上的相對頻率值，乘以標定后的基準時鐘頻率值即可得到精確的被測信號絕對頻率值。CPU還具有很多外圍接口，可擴展其他應用。附圖說明圖1是實施本專利技術一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊的結構示意圖。圖2是測頻模塊中的前端電路原理圖。圖3是片上系統SoC結構示意圖。SoC是指系統單芯片，System-on-a-Chip，片上系統。圖4是等精度頻率測量原理示意圖。圖5是頻率測量結果計算流程框圖。附圖標記列示如下：1-多通道信號頻率測量模塊；2-電源模塊；3-外圍接口；4-FPGA模塊/邏輯門陣列/FieldProgrammableGateArray(現場可編程門陣列模塊)；5-主控制單元/Core1(多核處理器中第一核)；6-輔助控制單元/Core2(多核處理器中第二核)；7-片上系統主控制器；8-測頻模塊；9-通信模塊；10-觸控模塊/其他電路；11‐被測信號；12‐遠程終端；13‐觸摸顯示屏；14‐頻率運算除法器/除法IP核；Fs‐標準信號頻率；Fx‐被測信號頻率；Nx‐被測頻率信號的周期數；Ns‐標準頻率信號的周期數；Tws‐測量時間段實際單位閘門時間；Twa‐測量時間段預置單位閘門時間；T‐預置閘門時間；Ts‐實際閘門時間；RAM‐隨機存取存儲模塊/雙口RAM；FIFO‐順序儲存器；AXI4_Lite‐傳輸通道接口/AXI4接口通信協議的子協議；ARM‐微處理器；PS‐處理器系統，歸屬于微處理器ARM，PS則主要由APU(ApplicationProcessorUnit，應用處理器單元)、內存接口(Memoryinterfaces)、IOP(I/Operipherals，輸入輸出外設)和中央互聯(Centralinterconnect)組成；AXI-接口通信協議/接口總線；AMBA-高級微控制器總線結構，AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture，或片上互連規范本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，包括片上系統主控制器，所述片上系統主控制器分別連接電源模塊、觸控模塊和外圍接口，所述片上系統主控制器包括主控制單元和分別與主控制單元互連的輔助控制單元和FPGA模塊，所述FPGA模塊連接測頻模塊，所述主控制單元連接通信模塊，所述測頻模塊具有被測信號接口，所述通信模塊遠程終端接口，所述觸控模塊具有觸摸顯示屏接口。

【技術特征摘要】
1.一種基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，包括片上系統主控制器，所述片上系統主控制器分別連接電源模塊、觸控模塊和外圍接口，所述片上系統主控制器包括主控制單元和分別與主控制單元互連的輔助控制單元和FPGA模塊，所述FPGA模塊連接測頻模塊，所述主控制單元連接通信模塊，所述測頻模塊具有被測信號接口，所述通信模塊遠程終端接口，所述觸控模塊具有觸摸顯示屏接口。2.根據權利要求1所述的基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，所述測頻模塊包括前端電路，所述前端電路包括依次連接的同相比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器，所述施密特觸發器連接所述FPGA模塊。3.根據權利要求1所述的基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，所述測頻模塊內包括同相比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器，被測信號先經過同相比例放大電路，隨后經過限幅電路將1～12V的信號限制在0.7V以下，再經過后級濾波放大后輸入施密特觸發器轉換成方波，此時信號幅值范圍滿足FPGA的IO電平輸入范圍，此時利用等精度測量模塊即可測量單位閘門時間該信號的周期數。4.根據權利要求1所述的基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，所述測頻模塊內包括同相比例放大電路、限幅電路、濾波放大電路和施密特觸發器，被測信號經過同相比例放大器放大信號幅值，使得后級波形變換能識別的信號范圍更寬，隨后經過限幅電路將1～12V的信號限制在0.7V以下，再經過后級濾波放大后輸入施密特觸發器轉換成方波，此時信號幅值范圍滿足FPGA的IO電平輸入范圍，此時利用等精度測量模塊即可測量該信號的頻率值。5.根據權利要求1所述的基于片上系統的多通道信號頻率測量模塊，其特征在于，所述測頻模塊包括前端電路，所述前端電路包括依次連接的第一運算放大器、信號鉗位電路、濾波電感和第二運算放大器，所述第二運算放大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高健美，賈軍偉，王書強，
申請(專利權)人：江蘇東方航天校準檢測有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32