毕业设计论文智能化频率测量技术的研究

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1、题 目智 能 化 频 率 测 量 技 术 的 研 究TitleThe research of intelligent frequency measure technique摘 要频率是电子测量技术领域中的一个最基本参量，因此频率测量技术有着极其重要的作用，它在工业、农业、航天、军事等各个领域有着广泛的应用。近年来随着光电技术的飞速发展，利用光电测频的方法更被人们重视起来。本文论述了基于虚拟仪器的数字式自校准光照度计的系统组成、基本工作原理。还讨论了利用MCS-51单片机进行智能控制的基本方法，使光电测频实现智能化。文中还对光电测频的基本机理、接口方式和控制程序进行了具体介绍，尤其重点讲述了基于

2、FPGA的高速高精度测频方法的研究。以FPGA为核心的高速高精度的频率测量，不同于常用测频法和测周期法，不仅消除了直接测频方法中对测量频率需要采用分段测试的局限，而且在整个测试频段内能够保持高精度不变。又由于采用FPGA芯片来实现频率测量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特点。此系统经调试后能自动显示测量的光照度值和所测频率，实现了光电测频的自动化和智能化，对于实际应用意义重大。关键词： 照度计 FPGA 自校准ABSTRACTFrequency is a basic parameter in electronic measurement, for this reason frequency

3、 measure technique has got very important function, it have got extensive application in the industry, agriculture, aviation and military realm.Photoelectricity technique has been developed very fast in recent years, so the frequency measure with photoelectricity technique were valued by people. Thi

4、s text discusses a form of illuminometer of numerical shape and automatic calibration and working principle. At a time, it gives a control way using MCS-51 single Microcontrollor, Which make the frequency measure with photoelectricity to be intelligent.This paper also give the basic principal, inter

5、face manner and control procedures of the frequency measure with photoelectricity, particularly discuses a new method of super-speed high accuracy frequency measures according to the FPGA. The super-speed high accuracy frequency measure with FPGA is different from common method of frequency measure

6、and period method, it not only dissolves the demand of section testing in the directly frequency measure, but also keeps high accuracy in the whole test. Again because of adoption FPGA to realize the frequency measure, it has high gathering degree, high speed and high dependability. This system afte

7、r adjust can show automatically that the measured light shines and the frequency measured, it realizes the automation and intelligence in the frequency measure with photoelectricity, it is important for the actual application.Key words: illuminometer FPGA automatic calibration目 录摘要ABSTRACT目录第一章 绪 论1

8、第二章 计数式测频电路的基本原理22.1频率测量电路基本组成22.2直接计数式测频电路的测量原理及误差分析32.3倒数计数式计频电路的测量原理5第三章 自校准光照度计的基本原理7第四章 基于FPGA的高速高精度频率测量的研究94.1 测频原理及误差分析94.2 硬件设计12第五章 光照度计与计算机接口15第六章 数字式自校准光照度计的单片机控制176.1 系统组成176.2 8253的自校准测量接口176.3关于ALE信号186.4 显示器与键盘19第七章 软件设计20第八章 基于虚拟仪器的光照度计22结 论24致 谢25参考文献26第一章 绪 论频率的测量是现代科学技术中不可忽视的一环，如何

9、能更好的测定频率是人们一直在探讨的话题，测频的方法也多种多样，常用的直接测频方法在实用中有较大的局限性，其测量精度随着被测信号频率的下降而降低，并且对被测信号的计数要产生1个数字误差。而采用等精度频率测量方法具有测量精度高，测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的优点。近年来随着光电技术的飞速发展，利用光电测频的方法更被人们重视起来。照度通常用于光度测量和照相技术。常见的照度计所采用的器件是光电池。在实际制作时，为了使其符合人的视觉灵敏度，通常对光信号还要进行一定的光学处理。当光线照射到光电池表面时，光电池把入射照度按一定比例转变为电流，使联结在电路内的电流表指针发生偏转，这样即可读出相应

10、的光照度值。这种模拟量的照度计结构比较简单，精确度不高，要求光学系统和光电处理电路的性能必须十分稳定，否则，将引起测量上的误差。本文论述了基于虚拟仪器的数字式自校准光照度计的系统组成、基本工作原理, 还讨论了利用MCS-51单片机进行智能控制的基本方法，使光电测频实现智能化。文中重点讨论了利用现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)进行高速高精度测频的方法，FPGA具有集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测频范围可达到01Hz100MHz，测频全域相对误差恒为11000000。下面论述对光照度信号进行数字化处理的可行性方案，以及利用光照度计和F

11、PGA芯片进行等精度测频的讨论，同时充分利用单片机体积小、控制功能强的特点，实现了对光照度的自动校准和自动测量，最后讨论了利用虚拟仪器对本系统的模拟。第二章 计数式测频电路的基本原理计数式测频电路的基本原理是将频率实行A/D转换，然后把数字量脉冲的个数，进行数字计数，最后把计数结果，以单位时间内脉冲个数之量值，用数字显示器直接显示出来。2.1频率测量电路的基本组成频率测量电路的最基本的五大部分是：输入通道、主门、计数和显示、闸门时间产生电路以及控制电路。如图2-1图2-1 计频电路的基本组成输入通道的作用是接受被测信号，并对被测信号进行放大和整形，通过电平转换后，产生TTL电平的矩形脉冲，然后

12、送往主门。主门（又称闸门）在频率计数过程中，是实现量化的比较电路。有了主门才能进行频率的量化比较，实现频率的数字转换。计数显示电路的任务是来自主门的脉冲进行计数，并将计数结果以数字形式显示出来。闸门时间产生电路是为数字式计频电路提供比较法进行测量，也就是将被测信号与一系列的标准时间信号进行比较。控制电路的作用是产生各种控制信号，去控制各电路单元的互作，使各部分电路按一定的规律有条不紊的自动完成整体互作。2.2直接计数式测频电路的测量原理及误差分析直接计数式测频电路的测量原理：频率是指单位时间内震动的次数。从测量的角度看，及在标准的时间内，测得被测信号的脉冲数。其测量频率的方框图如图2-2所示。

13、图2-2 直接计数式测频电路的原理图被测信号fx送入A通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输入端；闸门时间产生电路输出的门控信号，加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器。则计数器计得的数就是要测的频率值。如果主门开启时间为T秒，计数器累计的数字为N，则被测的频率fx为： (2-1)主门启闭时间又称闸门时间。显然对某一被测频率fx而言，选用的闸门时间愈长，所测得数字N也愈大。由（2-1）式可得： (2-2)可见频率的测量，实质上是把被测频率fx与作为量化单位的标准频率（闸门时间T）f进行比较，得到整数量化的数字N。频率测量的误差分析：由式（

14、2-1）可知测频电路的原理，是严格按公式进行的。所以由N 和T两个变量而决定频率fx。根据误差理论中的相对误差公式有： (2-3)当t0且T=NTx时，排在闸门信号T两端的两个被测脉冲信号，可能同时进入主门，则计得的数值为N+1；但这两个脉冲也可能同时被排挤在主门外，这样记得的数值为N-1。可见，最大的计数误差为： N=1 （2-4）又因：，所以（23）式中的第一项可写成： (2-5)式中：T为闸门时间。fx为被测频率。从（2-4）式可知，计数式测频电路不管计得的数字多大，它的最大误差总是1个计数单位，即1误差。且当被测频率fx一定时，其值与闸门时间T成反比。由于采用了石英晶体探头作为膜厚控制

15、，由2-2理论分析可知：晶体的基频越高，控制的灵敏度也越高，但基频过高时，晶体会做得太薄，太薄的晶体片易碎。所以选用的晶体片的频率范围为510MHZ。而每镀一层频率的变化量很小，计量精度要求高达10-7 ，即对510MHZ要能测出的变化量为0.1HZ。由上分析，如用直接计数式电路，则闸门时间需大于2秒时，才能达到此精度。而本课题要求闸门时间为一秒，即一秒钟采样一次。为达到这一精度需要采用等精度测量，所以要选用倒数计数式计频电路。2.3倒数计数式计频电路的测量原理倒数计数式计频电路采用多周期同步测量原理，即测量输入信号的多个（整数个）周期值，再进行倒数运算而求得频率值。这样便可在整个测频范围内，

16、基本上获得同样高的测量精确度和分辨率。见图2-3图2-3(a)多周期同步测量原理框图图2-3（b）多周期同步测量工作波形图预置闸门时间产生电路用于产生预置的闸门时间Tp，Tp经同步电路便可产生与被测信号（fx）同步的实际的闸门时间T。主门1和主门2在时间T内被同时打开，计数器A和计数器B便分别对被测信号fx和标准时钟信号f0进行计数。在时间T内，计数器A的计数值为： 得 （2-6）计数器B得计数值为： 得 （2-7） （2-8）则被测信号的频率为： （2-9）倒数计数器中的同步控制器的作用，在于使开门信号与被测信号同步，实现同步开门，开门时间T准确地等于被测信号周期的整数倍，因此式（29）中的

17、计数值Na没有1个字误差。但由于时钟信号与闸门的开和关无确定的相位关系，计数值Nb仍存在有1个字误差（Nb=1）的影响，根据式（29）可求得： （2-10）因时钟频率f0很高，Nb1，所以相对误差很小，测量精度与被测频率信号fx无关，且在全频段的测量精度是均衡的。假设输入信号无噪声，触发误差和时基误差可忽略不计，则倒数计数器的频率测量误差只取决于时钟脉冲的测量误差。因此倒数计数器在整个测频范围内，测量精度均等，分辨率很高，即实现等精度测频。第三章 自校准光照度计的基本原理数字式自校准光照度计的基本设计思想是基于光电流-频率的转换来实现的。采用一片ICM7555定时芯片，利用处于反偏的光敏二极管

18、的电流源特性将亮度信号转换成频率信号，以赫兹单位来测量照度，见图3-1。图3-1 数字式光照度计原理框图在图3-1电路中，阀值控制电压Vc由调节电位器Rw获得。在接通电源+Vcc的瞬间，C1上的电压为零，ICM7555的置位端处于低电平。与此同时，来自光敏二极管的电流Ipn给R对积分电容C1充电，当C1充电高于ICM7555定时器的控制阀门电压时，输出为低，然后C1放电，使ICM7555恢复初始状态。电路不断重复上述的充放电过程。Tch为充电时间 (3-1)公式（3-1）中V为两个阀值电压之间的电压差，E为照度，S为二极管的光电流灵敏度。在800nm的波长下，Pin光敏二极管BPX66的典型灵

19、敏度为0.5uA/uW。对于一个未经滤波的钨丝灯源（2856K）和一个面积为1mm的光电二极管其灵敏度为10uA/Lx。V可用定时器的5脚调整。C1可按公式 （3-2）来选择。其中fmax为由电路决定的最高频率，而电路所产生的实际频率是充放电时间的函数。放电时间Td取决于C1和放电电流。该电路在Td等于450us时每勒克司产生10个脉冲。在照度为零情况下的频率补偿取决于定时器输入电流（一般在5伏特下为20PA）和光敏二极管暗电流（约等于1nA）之和。由于频率补偿低（小于1HZ），可使电路的覆盖频率达到五位数。与普通的照度计相比，该电路具有以下特点：(1)对光照度的测量是以频率为间接量进行的，克

20、服了由于模拟量的变化而产生的误差。(2)放电时间Td仅与C1和放电电流有关。Td一定时，经转换的频率与光照度成正比，比例系数为10：1，照度计可由此定标。(3)省略了光学系统，给仪器的小型化带来了方便。(4)将已转换的频率信号和计算机连接，可对光照度的测量实施智能控制。第四章 基于FPGA的高速高精度频率测量的研究常用的直接测频方法在实用中有较大的局限性，其测量精度随着被测信号频率的下降而降低，并且对被测信号的计数要产生1个数字误差。以FPGA为核心的高速高精度的频率测量，不同于常用测频法和测周期法,它不仅消除了直接测频方法中需要采用分段测试的局限，而且在整个测试频段内能够保持高精度不变。又由

21、于采用FPGA芯片来实现频率测量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特点。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点，并且结合FPGA集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测频范围可达到0.1Hz100MHz，测频全域相对误差恒为1/1000000。4.1 测频原理及误差分析常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。测频法就是在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：。测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：。这两种方法的计数值会产生1个字误差

22、，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以我们要求用等精度测频方法。等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，消除了对被测信号计数所产生1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。其测频原理如图4-1所示。图4-1 等精度测频原理波形图在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器才真正开

23、始计数。然后预置闸门关闭信号（下降沿）到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。可以看出，实际闸门时间与预置闸门时间1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期。设在一次实际闸门时间中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。标准信号的频率为fs，则被测信号的频率为 (4-1)由式（1）可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为 (4-2)其中fxe为被测信号频率的准确值。在测量中，由于fx计数的起停时间都是由该信号的上升沿触发的，在闸门时间内对fx的计数Nx无误差（=NxTx）；对fs的计数Ns最多相差一个数

24、的误差，即|Ns|1,其测量频率为 （4-3）将式（4-1）和（4-3）代入式（4-2），并整理得： (4-4)由上式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，即实现了整个测试频段的等精度测量。闸门时间越长，标准频率越高，测频的相对误差就越小。标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度。表1所列为标频在10MHz时闸门时间与最大允许误差的对应关系。闸门时间/s精 度0.010.1110-510-610-7表1 闸门时间与精度的关系图4-2 等精度测频实现方法的原理

25、等精度测频的实现方法可简化为图4-2所示的框图。CNT1和CNT2是两个可控计数器，标准频率（fs）信号从CNT1的时钟输入端CLK输入；经整形后的被测信号（fx）从CNT2的时钟输入端CLK输入。每个计数器中的CEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。当预置门信号为高电平（预置时间开始）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时启动两个计数器计数；同样，当预置门信号为低电平（预置时间结束）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时关闭计数器的计数。4.2 硬件设计在快速测量的要求下，要保证较高精度的测频，必须采用较高的标准频率信号；而单片机受本身时钟频率和若干指令运算的限制，测频速度较慢

26、，无法满足高速、高精度的测频要求。采用高集成度、高速的现场可编程门阵列FPGA为实现高速，高精度的测频提供了保证。FPGA是20世纪90年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着EDA（电子设计自动化）技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面有非常广阔的应用前景；并且FPGA具有高集成度、高可靠性，几乎可将整个设计系统下载于同一芯片中，实现所谓片上系统，从而大大缩小其体积。整个测频系统分为多个功能模块，如信号同步输入、控制部件、分频和计数部件、定时、脉冲宽度测量、数码显示、放大整形和标频信号等模块。除数码管、放大整形和标频信号外，其它模块

27、可集成于FPGA芯片中，并且各逻辑模块用硬件描述语言HDL来描述其功能，如用VHDL或AHDL来对各功能模块进行逻辑描述。然后通过EDA开发平台，对设计文件自动地完成逻辑编译、逻辑化简、综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，最后对FPGA芯片进行编程，以实现系统的设计要求。图4-3 测频主系统框图图4-3所示为测频主系统框图。一片FPGA（EPF10K10LC84）可完成各种测试功能，可利用单片机完成数据处理和显示输出。在标准频率信号为60MHz的情况下，其测量精度可达到1.110 -8，即能够显示近8位有效数字。其中A0A7和B0B7为两计数器的计数值输出。计数器是32位二进制计数器（4个8位

28、计数值）。单片机通过R1,R0数据读出选通端分别从这两个计数值输出端读出4个8位计数值，根据测频和测脉宽原理公式计算出频率和脉冲宽度。STR为预置门启动输入；F/T为测频和测脉宽选择；CH为自校/测频选择；Fa为自校频率输入端；Fs为标准频率信号输入端；Fx为经过放大整形后的被测信号输入端；END为计数结束状态信号。FPGA中各功能模块如图4所示。图4-4 FPGA中各功能模块图4-4中，CH1和CH2为选择器，CH1进行自校/测频选择，CH2进行测频和测脉宽选择。CONTRL1为控制模块，控制被测信号fx和标频信号fs的导通，以及两个计数器（CONTa和CONTb）的计数。CONTa和CON

29、Tb为32位计数器，分别以4个8位二进制数输出。FPGA与单片机AT89C51的接口比较简单。图3中的输入/输出端与单片机连接：A7.0与单片机P2端口相连接；B7.0与单片机P0口相连接；其它输入/输出端与单片机P3口相连接。随着EDA技术和FPGA集成度的提高，FPGA不但包括了MCU（微控制器或单片机）特点，并兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性以及宽口径适用性等诸多方面的特点。单片机完成的数据处理功能也可集成在FPGA芯片中。基于FPGA的电子系统设计仅仅是各种逻辑模块与IP核的逻辑合成和拼装。测频系统的标准信号频率的提高，可进一步提高测频的精度或缩短测频时间。第五章 光照度计与计算机

30、接口为了将光度计接到计算机上，我们需要设计一个计算机接口。光度计可以产生脉冲，而这些脉冲的频率时和入射光的密度成正比。光度需要在一个给定的时间段内对脉冲进行计数。我们可以通过一个计数器和一个合适的计时器来完成任务。带有三个计时器/计数器的8253就很适合对脉冲进行计数。8253可以通过ISA总线与PC总线连接在一起。我们可以对8253进行配置，使其中的一个计时器控制到达的脉冲，而另外两个计数器组成一个32位的计数器来工作。8253可以工作在高分辨率的选通周期中。实际上，我们很少使用如此宽的选通时间的。我们可以把光度计连接到打印机适配端口上，这样做我们即可以在多台计算机之间共享光度计，又不用在计

31、算机内部接口上来回移动它。图5-1 光度计电路方框图图5-1中描述了光度计电路的方框图，从光度计发出的脉冲与门电路相连接，而该门电路又是由一个数字多路转换器的输出信号来控制的。该多路转换器有8个输入信号，同时它们也是时基信号发生器的输出信号。这些信号都是规定周期的集成方波信号。多路转换器从这8路输入中选择一个作为门控信号。信号的周期是通过DATA端口的三个信号来确定。门电路的输出与二进制计数器链路相连接，并且这些计数器的输出用来驱动连接4个STATUS端口信号的三态缓冲电路。在每个数据采集周期的开始，计数器会被某个CONTROL端口的信号复位清零。该电路中采用的是CMOS类型的元器件，这样可以

32、使电流消耗尽可能的小，正是由于电流需求量足够小，所以我们只需要RS-232信号线就可以为其提供电源。图5-2 串口窃电图解图5-2中描述了用来给光度计接口电路供电的供电电源图解。因为该电路的能耗很小（小于5mV）所以我甚至可以从RS-232信号线中来获得这点电流。RS-232信号线是由+Vcc以及通过78L05调节器产生的+5V电源来共同驱动的。需要指出的是，在这里78L05调节器并不是最理想的选择。因为调节器本身还需要大约3mA的静态电流。我们还可以使用5V的低功率齐纳击穿集成电路（LM335）来作为该电路的供电电源。该齐纳击穿集成电路仅仅需要400uA的静态电流，在这种情况下它比78L05

33、更合适。第六章 数字式自校准光照度计的单片机控制6.1 系统组成数字式自校准光照度计的计算机部分采用8031单片机作为主机控制，扩展了一片EPROM2716作为程序存储器，扩展了一片可编程8253芯片作为计数器，同时选取二片74LS273和一片74LS244作为键盘显示接口（见图6-1）图6-1 接口电路图6.2 8253的自校准测量接口8253具有三个功能相同的16位减计数器，每个计数器的工作方式及计数常数分别由软件编程选择，可进行二进制或210进制计数或定时操作。每个计数器有三根I/O线：CLK为时钟输入线，IN为计数脉冲输入端；OUT为计数器输出端，当计数器减为零时，OUT输出相应信号；

34、CATE为门控信号，用于启动或禁止计数器工作。8253作为系统自校准测量的接口芯片，与8031单片机及光电流频率转换电路的连接方法如图6-2图6-2 8253连接电路图图中，8253的门控信号GATE与Vf信号相连，计数器的时钟由8031的ALE信号引入。在电路工作时，放电时间Td的下降沿引起INT1中断，而这时GATE也下降，8253不计数，当Td信号正跳变时，GATE信号随之上升，8253记录在Td时间内的脉冲个数。8031时钟震荡晶体为6MHZ，计数器输入时钟CLK的频率为1MHZ。从所计的脉冲个数的情况，可以观察Td的宽度，然后通过Rw来调整Td，从而达到系统自校准的目的。6.3关于A

35、LE信号ALE信号的基本功能是用来锁存CPU访问外部存储器时分时出现在P0口上的低8位地址字节。一般情况下，每一个机器周期内ALE出现两次正脉冲，且以fosc/6的固定频率输出。但当CPU访问外部数据存储器时，ALE在第二个机器周期内只有一次正脉冲出现，另一正脉冲信号由于此时的RD信号或WR信号有效而被丢失。因此，为了能在这种情况下使ALE信号输出频率稳定的供外部使用，在RD或WR信号有效期间丢失的第二个脉冲，通过RD信号和WR信号来实现补偿。其硬件补偿电路及补偿后的时序波形分别见图6-3（a）、(b)图6-3（a） 硬件补偿电路图图6-3（b） 时序波形图6.4显示器与键盘系统的显示位数为6

36、位，键盘为44。1273作为显示器的段选码输出口，2273作为显示器位选码和键盘的行信号输出口，74LS244为键盘的列信号输入口。第七章 软件设计电路的系统软件采用模块化结构，全部软件由主程序和中断服务程序组成。系统使用INT1中断源和T1定时器，INT1中断用作系统控制，T1用于频率测量的定时。主程序包括系统的初始化，键盘扫描。INT1中断源设置为边沿触发，系统自校准测量过程中的8253启动、8253读取数据及光照度测量的频率计数均在中断服务程序中完成。系统测频的定时，采用定时器定时与计数器计数相结合的方法解决。待INT1第一次中断后，启动定时器工作，并记录在定时时间内的脉冲个数。下页的图

37、7-1为测量软件流程图图7-1 软件流程图第八章 基于虚拟仪器的光照度计自20世纪90年代以来,虚拟仪器技术的提出给电子测量仪器与自动化测试领域带来了巨大的变化.基于G语言的图形化编程环境LabVIEW的出现使得”虚拟仪器”的思想为大家所接受。LabVIEW是美国NI公司的产品，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。NI的虚拟仪器开发平台是目前国际上唯一的编译行图形化编程语言，它的最大特点是：采用全图形化编程语言，在计算机屏幕上利用其内含的功能库和开发工具库产生一个软件面板，用来为测试系统提供简捷明了的控制面板。我们将此概念应用于光照度计系统软件设计之中，并取得了满意的实验结果

38、。在实际的系统中，可选择的系统结构有多种。如：采用串行I/O控制方式；采用带有计数器的数字采集卡方式以及自制接口方式等。无论哪种方式都是将光度计产生的TTL电平脉冲信号通过合适的电缆与接口电路相连。控制程序应该首先提示用户输入需要的选通周期，然后就可以开始数据采集。采集得到的数据将会同时显示在屏幕上。经过修改后的该程序可以在数据采集结束之后，把数据保存在用户指定的文件中。图8-1是一个实际的采用虚拟仪器软件平台设计的光照度计软面板。图 8-1 UT70B测频软面板利用LabVIEW制作的界面显示的数据在前面板上如图8-1所示。前面板界面中有指针显示、LED显示、数据记录波形显示。LabVIEW

39、提供了多种图形显示件，在该前面板中主要用Waveform Chart 来显示数据记录波形；用指针表（Meter）和LED来显示当前读取串口的数据。 结 论 频率测量技术的方法多种多样，本文提出的光电测频方法也只是对这一领域的一方面探索。此系统经过调试后，可以自动显示测量的光照度值和所测频率值，直观、准确。系统硬件设计简洁，有良好的可操作性和较高的性价比。该系统的突出特点是具有自动校准的功能，能自动定标，同时采用了单片机控制技术，使之集测量、处理、控制为一体，为光电测频器本身的改造和与光照度检测相关的仪器仪表的改造提供了一个切实可行的方法。由于采用了虚拟仪器的设计思想，更使系统使用方便、维护简单

40、、便于修改，体现了现代化仪器仪表的发展方向。致 谢 本篇论文在编写过程中得到了导师王晓曼教授的大力协助，还得到了师兄苗秋实和师姐苗丽丽的许多指点，以及同寝同学在查找资料、提供软硬件、绘制图表等方面的热情帮忙，在此一并致谢！参考文献1. 扬乐平.LabVIEW程序设计与应用.北京：电子工业出版社，20012. 赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，1999：1813. 黄秉英.现代计量测试.计量学报，1997（5）：524. 赵雅兴.FPGA原理、设计与应用.天津：天津大学出版社，19995. 姚若亚，马玲.等精度智能频率计.电子技术应用，1999（2）：16-186. 马红梅.虚拟仪器及其实现方法的研究.武汉：武汉测绘科技大学硕士论文，19967. 蒋焕文，孙续.测量和仪器领域的新进展.北京：电子科技导报，1995