基于SOPC的便携式高精度频率仪设计

张天恒，叶 伟，王阳阳，张兴红，陈鸿雁

(重庆理工大学，机械检测技术与装备教育部工程研究中心，时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室，重庆 400054)

0 引言

1 频率仪的设计

1.1 频率仪的设计方案

设计的便携式频率计如图1所示，主要包括3个部分:SOPC控制与处理模块、振动传感器模块、人机交互模块。SOPC控制与处理模块对信号进行采集与放大;振动传感器由压电式传感器与由纳米材料制作的薄膜构成。其核心部分是片上系统SOPC控制与处理模块，控制信号处理，人机交互界面与通道的选择。

1.2 SOPC 的设计

频率仪核心部分是SOPC的设计，它主要包括了振动信号的产生控制、数据的高速采集以及信号的分析与处理3部分。其设计框图如图2所示。

图2 频率仪的SOPC结构图

其中，数据采集控制部分包含有信号调理电路、计数计时器和通道控制等，用来控制频率仪的工作与停止，控制采样通道的选择与数据信号的实时采集。如图2虚线所示，SOPC(片上系统)处理部分采用了嵌入式的软核处理器(NiosⅡ核)来实现，主要构成包括软核处理器(NiosⅡ)、通道控制、DDS、计数时钟、PIO控制器的接口、外部存储器 SDRAM、LCD［6］。用SOPC实现了实时高速的数据分析与处理，并且可实现人机交互功能，操作人机交互界面可将采集数据在LCD上显示出来。

1.3 频率仪测频原理

压电式传感器能够把机械振动的振幅放大，并把这些振幅的变化转化为与振动成正比的电压量，放大电路把该电压信号进行放大，滤波电路滤除该电压信号中的杂质信号，得到的模拟信号如图3所示。……