一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块技术方案

一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，所述片上系统即SoC芯片或系统级芯片，该频率测量模块有利于通过其高集成度在很小的面积上实现多通道信号频率的精确测量，还可以通过扩展的TCP与远程终端协同工作，通过扩展的触摸显示屏幕进行人机交互，其特征在于，包括片上系统主控制器，所述片上系统主控制器分别连接电源模块、触控模块和外围接口，所述片上系统主控制器包括主控制单元和分别与主控制单元互连的辅助控制单元和FPGA模块，所述FPGA模块连接测频模块，所述主控制单元连接通信模块，所述测频模块具有被测信号接口，所述通信模块远程终端接口，所述触控模块具有触摸显示屏接口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仪器仪表领域，特别是一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，所述片上系统即SoC芯片或系统级芯片，该频率测量模块有利于通过其高集成度在很小的面积上实现多通道信号频率的精确测量，还可以通过扩展的TCP与远程终端协同工作，通过扩展的触摸显示屏幕进行人机交互。
技术介绍
频率的高精度测量可以使人们更有效地认识、分析信号，在某些要求低功耗、高精度的频率测量场合，XILINX系列SoC能较高效地完成该任务，其FPGA频率可稳定工作在250M以上，使用等精度频率测量法可精确测得到TTL信号的频率，配合前端电路和片内ARM系统，可完成任意信号的频率测量和结果显示、传输等功能。上世纪90年代，SoC(SystemonaChip，一种将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器等集成的单一芯片，又称为片上系统或系统级芯片)概念被提出，SoC可有效的降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，其目的是为了克服多芯片集成系统设计中遇到的一些困难，缩短各器件间的延迟时间。随着SoC技术的不断发展和完善，在单芯片上集成处理器、逻辑器和存储器等，能够完成信号的采集、处理和传输等功能，提高了系统的速度、降低了硬件结构的复杂度和总体成本。用可编程器件的FPGA来实现SoC功能的SOPC技术已经能够成熟的嵌入软、硬核处理器IP，具有灵活的设计方式，可裁剪、可升级，具备软硬件在系统可编程的功能。同时，目前主流的FPGA处理器中还可以运行Linux系统，方便了应用程序的编写，使高集成度的频率测量模块成为了可能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，所述片上系统即SoC芯片或系统级芯片，该频率测量模块有利于通过其高集成度在很小的面积上实现多通道信号频率的精确测量，还可以通过扩展的TCP与远程终端协同工作，通过扩展的触摸显示屏幕进行人机交互。本专利技术的技术方案如下：一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，包括片上系统主控制器，所述片上系统主控制器分别连接电源模块、触控模块和外围接口，所述片上系统主控制器包括主控制单元和分别与主控制单元互连的辅助控制单元和FPGA模块，所述FPGA模块连接测频模块，所述主控制单元连接通信模块，所述测频模块具有被测信号接口，所述通信模块远程终端接口，所述触控模块具有触摸显示屏接口。所述测频模块包括前端电路，所述前端电路包括依次连接的同相比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器电路，所述施密特触发器连接所述FPGA模块。所述测频模块内包括同相比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器，被测信号先经过同相比例放大电路，随后经过限幅电路将1～12V的信号限制在0.7V以下，再经过后级滤波放大后输入施密特触发器转换成方波，此时信号幅值范围满足FPGA的IO电平输入范围，此时利用等精度测量模块即可测量单位闸门时间该信号的周期数。所述测频模块内包括通向比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器，被测信号经过同相比例放大器放大信号幅值，使得后级波形变换能识别的信号范围更宽，随后经过限幅电路将1～12V的信号限制在0.7V以下，再经过后级滤波放大后输入施密特触发器转换成方波，此时信号幅值范围满足FPGA的IO电平输入范围，此时利用等精度测量模块即可测量该信号的频率值。所述测频模块包括前端电路，所述前端电路包括依次连接的第一运算放大器、信号钳位电路、滤波电感和第二运算放大器，所述第二运算放大器连接施密特触发器，所述施密特触发器连接所述FPGA模块。所述第一运算放大器通过第一电阻连接所述信号钳位电路的一端与滤波电感的一端所形成的第一节点，所述信号钳位电路包括第一钳位二极管和第二钳位二极管，第一钳位二极管的负端和第二钳位二极管的正端均连接所述第一节点，第一钳位二极管的正端和第二钳位二极管的负端均连接接地端，所述滤波电感的另一端通过第二电阻连接所述第二运算放大器，并通过第三电阻连接接地端。所述主控制单元和所述辅助控制单元构成双核处理器，所述双核处理器分别互连片上总线和接口总线，所述片上总线分别通过不同的外部总线协议连接输入/输出单元，所述接口总线互连于可编程逻辑模块，所述可编程逻辑模块包括现场可编程门阵列模块、数字信号处理模块、系统监视模块、外设部件互连模块和随机存取存储模块，所述系统监视模块和所述外设部件互连模块均设置有串行外设接口。所述测频模块以阵列分布，每一个测频模块均接收标准信号频率和被测信号频率，所述测频模块连接频率运算除法器，所述频率运算除法器利用左移32bit后的单位闸门时间内被测信号周期数与单位闸门时间内基准信号周期数相除，得到相对于基准时钟的被测信号相对频率值，将该相对频率值通过顺序储存器和传输通道接口上传至微处理器或CPU以得到绝对频率值。所述远程终端接口连接远程终端，所述多通道信号频率测量模块通过扩展的TCP与远程终端协同工作；所述触摸显示屏接口连接触摸显示屏，以进行人机交互。本专利技术的技术效果如下：通过该多通道信号频率测量模块，能监测多通道信号频率的精确测量结果，还可以通过扩展的TCP与远程终端协同工作、通过扩展的触摸显示屏幕进行人机交互。CPU读取数据总线上的相对频率值，乘以标定后的基准时钟频率值即可得到精确的被测信号绝对频率值。CPU还具有很多外围接口，可扩展其他应用。附图说明图1是实施本专利技术一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块的结构示意图。图2是测频模块中的前端电路原理图。图3是片上系统SoC结构示意图。SoC是指系统单芯片，System-on-a-Chip，片上系统。图4是等精度频率测量原理示意图。图5是频率测量结果计算流程框图。附图标记列示如下：1-多通道信号频率测量模块；2-电源模块；3-外围接口；4-FPGA模块/逻辑门阵列/FieldProgrammableGateArray(现场可编程门阵列模块)；5-主控制单元/Core1(多核处理器中第一核)；6-辅助控制单元/Core2(多核处理器中第二核)；7-片上系统主控制器；8-测频模块；9-通信模块；10-触控模块/其他电路；11‐被测信号；12‐远程终端；13‐触摸显示屏；14‐频率运算除法器/除法IP核；Fs‐标准信号频率；Fx‐被测信号频率；Nx‐被测频率信号的周期数；Ns‐标准频率信号的周期数；Tws‐测量时间段实际单位闸门时间；Twa‐测量时间段预置单位闸门时间；T‐预置闸门时间；Ts‐实际闸门时间；RAM‐随机存取存储模块/双口RAM；FIFO‐顺序储存器；AXI4_Lite‐传输通道接口/AXI4接口通信协议的子协议；ARM‐微处理器；PS‐处理器系统，归属于微处理器ARM，PS则主要由APU(ApplicationProcessorUnit，应用处理器单元)、内存接口(Memoryinterfaces)、IOP(I/Operipherals，输入输出外设)和中央互联(Centralinterconnect)组成；AXI-接口通信协议/接口总线；AMBA-高级微控制器总线结构，AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture，或片上互连规范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，包括片上系统主控制器，所述片上系统主控制器分别连接电源模块、触控模块和外围接口，所述片上系统主控制器包括主控制单元和分别与主控制单元互连的辅助控制单元和FPGA模块，所述FPGA模块连接测频模块，所述主控制单元连接通信模块，所述测频模块具有被测信号接口，所述通信模块远程终端接口，所述触控模块具有触摸显示屏接口。

【技术特征摘要】
1.一种基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，包括片上系统主控制器，所述片上系统主控制器分别连接电源模块、触控模块和外围接口，所述片上系统主控制器包括主控制单元和分别与主控制单元互连的辅助控制单元和FPGA模块，所述FPGA模块连接测频模块，所述主控制单元连接通信模块，所述测频模块具有被测信号接口，所述通信模块远程终端接口，所述触控模块具有触摸显示屏接口。2.根据权利要求1所述的基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，所述测频模块包括前端电路，所述前端电路包括依次连接的同相比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器，所述施密特触发器连接所述FPGA模块。3.根据权利要求1所述的基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，所述测频模块内包括同相比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器，被测信号先经过同相比例放大电路，随后经过限幅电路将1～12V的信号限制在0.7V以下，再经过后级滤波放大后输入施密特触发器转换成方波，此时信号幅值范围满足FPGA的IO电平输入范围，此时利用等精度测量模块即可测量单位闸门时间该信号的周期数。4.根据权利要求1所述的基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，所述测频模块内包括同相比例放大电路、限幅电路、滤波放大电路和施密特触发器，被测信号经过同相比例放大器放大信号幅值，使得后级波形变换能识别的信号范围更宽，随后经过限幅电路将1～12V的信号限制在0.7V以下，再经过后级滤波放大后输入施密特触发器转换成方波，此时信号幅值范围满足FPGA的IO电平输入范围，此时利用等精度测量模块即可测量该信号的频率值。5.根据权利要求1所述的基于片上系统的多通道信号频率测量模块，其特征在于，所述测频模块包括前端电路，所述前端电路包括依次连接的第一运算放大器、信号钳位电路、滤波电感和第二运算放大器，所述第二运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健美，贾军伟，王书强，
申请(专利权)人：江苏东方航天校准检测有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32