相关专题：
在电子测量技术中，测频测相是最基本的测量之一。相位测量仪是电子领域的常用仪器，当前测频测相主要是运用等精度测频、PLL锁相环测相的方法。研究发现，等精度测频法具有在整个测频范围内保持恒定的高精度的特点，但是该原理不能用于测量相位。PLL锁相环测相可以实现等精度测相，但电路调试较复杂。因此，选择直接测相法作为低频测相仪的测试方法[1、2、3、4]。
设计的低频测相仪，满足以下的技术指标：a .频率20-20KHz；b .输入阻抗≥100KΩ；c.相位测量绝对误差≤1度； d.具有频率测量和数字显示功能；e.显示相位读数为0度--359度。
1系统工作原理
图1 测频测相系统原理框图
系统工作原理如图1所示，系统运行时，首先由单片机通过clr控制线送清零信号，启动CPLD的计数模块，在设计的CPLD内部控制模块作用下，记录AB两相的相差间隔时间内的标频个数（测相计数器），同时也记录下A相一个周期内的标频个数（测频计数器），此后测频和测相计数器处于保持状态，同时送出right信号表明完成测频测相的计数，单片机可以读数据。
单片机和CPLD的数据采用独立接口方式，这样设计比较灵活，可以不受单片机总线时序的影响。由ADD[0..2]进行控制，分别读取测频测相计数器中的19位数据，并存于单片机中，进行后续的计算。单片机完成数据的运算后，将所得数据转化为10进制，送到显示板进行显示。显示板共有8个数码管，其中，前5位用于显示频率（最大为20000Hz）,后三位显示相位（最大为359度）。
在CPLD设计中，根据计算，选取测频、测相计数器长度均为19位，在标频信号为10MHz时，相位测量精度小于1度。若只用89C51，其自带的计数器只有16位，且不易同时实现测频测相的功能。故选用CPLD实现其测频测相的计数功能，并设计了独立的数据接口，以便与单片机交换数据[5、6]。
2 CPLD测频测相模块工作原理
图2 CPLD测频测相内部原理框图
如图2所示，利用VHDL语言设计了完成测频测相计数功能的数字芯片。整个芯片由测频计数器、测相计数器、控制部分、数据选择器和测试用分频器5个部分组成。
控制部分主要是利用状态机原理，设计了检测一个测频周期的控制电路。在clr信号为高时，启动测频测相计数器，此时，状态机处于计数工作状态；当A相第一个上升沿到来时，测频测相计数器同时启动，开始计数；当B相第一个上升沿到来时，控制部分控制测相计数器停止计数；当A相第二个上升沿到来时，控制部分控制测频计数器停止计数，同时送出计数完成信号right；此后测频测相计数器处于保持状态。
