1 引言

频率、相位是现代数字信号的基本，也是最重要的特征。在电子信号测量中，频率测量是最基本的测量量之一，工程中很多测量，如用振弦式力测量、时间测量、速度测量、速度控制等，都涉及到频率测量。

相位的测量在实际中也有很重要的应用，比如基于红外定位技术的矿井提升机位置跟踪系统，这个系统就是通过红外线在井罐和被测点反射的相位差来进行定位的，即在井罐发射一组连续红外线，并接受其反射信号，通过发射和反射信号的相位差来代替时间，从而计算出距离。

电子技术在不断发展，与之相关的测量仪器也随着发展，尤其在电子通讯技术发达的今天，信号的测量尤为重要，频率相位计作为一种检测信号频率和相位的仪器，对其精度和应用范围有更严格要求，所以设计一个高频率范围、高精度的频率相位计在实际应用中有重要意义。

2 等精密频率相位计的硬件部分

2． 1 测量频率相位系统总体框图

等精度数字频率相位计涉及到的计算包括加、减、乘、除，耗用的资源比较大，系统选择单片机和FPGA 结合来实现。电路系统原理框图如图 1 所示，其中单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出; FPGA 完成各种测试功能; 按键信号由 AT89C51 单片机进行处理，它从 FPGA 读回计数数据并进行运算，向显示电路输出测量结果; 显示器电路采用七段 LED 动态显示，由 8 个芯片 74LS164分别驱动 LED 数码管。

2． 2 模拟移相网络

为了得到两个信号的相位差，同时为了便于观察和验证结果，通过模拟移相网络对一个输入信号进行处理，得到两个频率、幅值相同但相位不同的正弦信号。模拟移相网络的具体电路如图 2 所示。

2． 3 信号调整电路

从移相网络中出来的是两个正弦信号，而 FPGA测频测相是相对于 TTL 电平( 数字信号) 进行的，因此，须通过信号调整电路把这两个正弦信号处理成数字信号。具体的信号调整电路如图 3 所示。

2． 4 单片机系统硬件电路设计

单片机数据运算控制电路的硬件可由单片机、晶振电路、按键及显示接口电路等组成。其原理图如图 4 所示。

2． 5 数据显示电路的设计

整个系统硬件电路中，单片机与 FPGA 进行数据交换占用了 P0 口、P1 口和 P3 口，因此数据显示电路的设计采用静态显示的方式，数据显示电路如图 5 所示。

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