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大学本科生毕业设计（论文）

1

基于单片机 IP 核的等精度频率计设计

摘要

FPGA 就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP 核是将一些在数字电路中常

用但比较复杂的功能模块，设计成可修改参数的模块，让用户可以直接调用这些模块。

随着 FPGA 的规模越来越大，使用 IP 核是一个发展趋势。传统测频原理的频率计的测量

精度将随被测信号频率的下降而下降，在使用中有较大的局限性，而等精度频率计不但

具有较高的测量精度，而且整个频率区域能保持恒定的测试精度。本文结合 FPGA 与 8051

单片机的优点实现了基于 FPGA 的 8051 IP 核应用，设计一个等精度频率计。

关键词：FPGA，8051IP 核,等精度频率计设计

Abstract

Field Programmable Gate Array(FPGA)is one of the most welcomed programmable

logic devices．IP core is a module which has changeable parameters．With the IP core we can

implement some complex functional module in digital circuits．With the increasing scale in

the FPGA，Using IP core is becoming more and more popular．

Traditional frequency measurement principle of the frequency accuracy will decline

with the decline of the signal frequency.It Has a greater limitations in use. Equal precision

frequency meter not only has high measurement accuracy, and the whole frequency region

can maintain a constant test accuracyCombining the advantages of FPGA and 805 l MCU，the

paper mainly realize the application of 8051 IP core based on FPGA that design a same

accuracy frequency.

Key words: FPGA，8051 IP core，same accuracy frequency

目录

大学本科生毕业设计（论文）

2

第一章绪论 ...............................................................3

1.1 课题研究背景及意义.................................................3

1.2 主要任务...........................................................3

第二章杭州康芯公司 KX2C5F+开发板介绍......................................5

2.1 KX2C5F+系统简介....................................................5

2.2 主要应用...........................................................5

第三章系统设计 ...........................................................7

3.1 8051 单片机介绍 ....................................................7

3.2 8051 单片机 IP 软核介绍 .............................................7

3.3 8051 单片机 IP 软核实用系统构建 .....................................9

3.4 等精度频率计设计..................................................10

3.4.1 等精度测频原理...............................................10

3.4.2 等精度测频实现...............................................11

3.4.3 测量占空比的原理.............................................13

3.4.4 测量占空比的实现.............................................13

3.5 单片机的功能 ......................................................14

3.5.1 数据传输.....................................................14

3.5.2 液晶显示 ....................................................15

3.6 单片机与 FPGA 的组合应用 ...........................................16

第四章程序调试 ..........................................................17

4.1 等精度频率计程序..................................................17

4.2 单片机程序和 VHDL 程序编译在一起下载到 FPGA 中......................17

第五章结果讨论 ..........................................................19

总结 .....................................................................20

致谢 .....................................................................21

参考文献 .................................................................22

附录 .....................................................................23

附录 1：等精度频率计相关程序..............................................23

附录 2 单片机相关程序.....................................................25

大学本科生毕业设计（论文）

3

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着可编程逻辑设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻

辑器件就可以完成本来由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统

的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA（Fild Programmable Gate Array)就是目前

最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP 就是知识产权核或知识产权模块的意思，在 EDA 技

术开发中具有十分重要的地位。著名的美国 Dataquest 咨询公司将半导体产业的 IP 定

义为用于 ASIC 或 FPGA/CPLD 中的预先设计好的电路模块。随着 FPGA 的规模越来越大，

设计越来越复杂，使用 IP 核是一个发展趋势。

现在很多电子系统都是由单片机+FPGA 实现的。长期以来，单片机以其性价比高、

体积小、功能灵活等方面的独特优点被广泛应用。但受其内部资源的限制，单片机需要

在片外扩展相关资源。为了达到处理速度和控制灵活性方面的需求，采用微控制器和可

编程逻辑器件设计单片机嵌入式系统。将单片机做在 FPGA 中，不但减少了电路中间连

线，而且整个系统的可靠性得到加强，同时由于 FPGA 的速度快，FPGA 中的单片机的速

度可达 100MHZ 以上，整个系统的性能也能得到充分地改善。

基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而下降，即测量精

度随被测信号的频率的变化而变化，在使用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具

有较高的测量精度，而且整个频率区域能保持恒定的测试精度。本课题主要是应用已做

好的 8051 IP 核设计等精度频率计。

1.2 主要任务

在了解数字频率计的基础上分析等精度频率计相对于传统频率计的优越性，研究

等精度频率计的工作原理和实现方法，在 FPGA 开发板提供的硬件环境上设计程序运行

的流程框图。用 VHDL 编写测频模块，对 FPGA 中的单片机核编写输入、显示等程序，完

成等精度频率计的设计。系统总框架图如图 1-1 所示。

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