基于FPGA的高灵敏度数字磁通门设计

高灵敏度的磁通门传感器
张瑞平;刘俊;刘文怡
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2005(025)001
【摘要】文中提出了一种线圈为对称结构的磁通门传感器,介绍了其工作原理,检测电路采用检测与外磁场有关的多个偶次谐波,这样可以达到减小噪声的目的,从而提高了传感器的灵敏度.
【总页数】3页(P246-248)
【作者】张瑞平;刘俊;刘文怡
【作者单位】中北大学,教育部仪器科学与动态测试重点实验室,太原,030051;太原科技大学,太原,030024;中北大学,教育部仪器科学与动态测试重点实验室,太
原,030051;中北大学,教育部仪器科学与动态测试重点实验室,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.基于FPGA的高灵敏度数字磁通门设计 [J], 左超;杨晓非;刘腾飞
2.高灵敏度的磁通门传感器 [J], 张瑞平;刘俊;刘文怡
3.新型的高灵敏度低噪声微功耗磁通门磁强计 [J], 张法钧
4.江苏多维科技在国际传感器博览会推出超高灵敏度TMR磁开关传感器 [J], 江苏多维科技有限公司
5.基于磁通门和磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计 [J], 许朋博;王鲜然;欧阳君;杨晓非
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基于FPGA的高灵敏度数字磁通门设计
左超;杨晓非;刘腾飞
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2010(000)009
【摘要】描述了一种基于FPGA的新型数字磁通门驱动电路.系统运用数字信号处理方法替代了传统的方波产生、相敏检波等模块,并且通过数字平滑滤波方法进行信号处理.系统分辨率高达19nT,线性区间为13 000～15 900nT.实验结果表明该设计在减少硬件开销的同时显著提高了系统输出的稳定性和精度.
【总页数】3页(P57-59)
【作者】左超;杨晓非;刘腾飞
【作者单位】华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉,430074;华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉,430074;华中科技大学电子科学与技术系,湖北武
汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计和实现 [J], 刘仕伟;刘诗斌
2.基于异或运算相敏整流的数字磁通门设计 [J], 崔智军
3.基于FPGA的单轴数字磁通门传感电路设计 [J], 韦金芬
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5.一种基于改进型数字相敏整流电路的磁通门传感器设计 [J], ZHANG Yunshan;CUI Gongjun
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第一章课题研究概述1.1课题研究的目的和意义在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。

目前常用的测频方案有三种：方案一：完全按定义式Ｆ＝Ｎ／Ｔ进行测量。

被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，晶振经分频形成时基TR。

用时基TR开闸门，累计时标ГX的个数，则有公式可得Ｆx=1/ГX=N/TR。

此方案为传统的测频方案，其测量精度将随被测信号频率的下降而降低。

方案二：对被信号的周期进行测量，再利用Ｆ＝１／Ｔ（频率＝１／周期）可得频率。

测周期时，晶振ＦR经分频形成时标ГX，被测信号经放在整形形成时基TＸ控制闸门。

闸门输出的计数脉冲Ｎ＝ГX／TR，则TX=NГX。

但当被测信号的周期较短时，会使精度大大下降。

方案三：等精度测频，按定义式Ｆ＝Ｎ／Ｔ进行测量，但闸门时间随被测信号的频率变化而变化。

如图１所示，被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，将时标ГX经编程处理后形成时基TR。

用时基TR开闸门，累计时标ГX的个数，则有公式可得Ｆx=1/ГX=N/TR。

此方案闸门时间随被测信号的频率变化而变化，其测量精度将不会随着被测信号频率的下降而降。

本次实验设计中采用的是第三种测频方案。

等精度频率计是数字电路中的一个典型应用，其总体设计方案有两种：方案一：采用数字逻辑电路制作，用IC拼凑焊接实现。

其特点是直接用现成的IC组合而成，简单方便，但由于使用的器件较多，连线复杂，体积大，功耗大，焊点和线路较多将使成品稳定度与精确度大打折扣，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。

方案二：采用可编程逻辑器件（CPLD）制作。

随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

摘要门禁系统是集计算机技术、电子技术、数字密码技术为一体的机电一体化高科技产品，具有安全性高，使用方便等优点。

本论文从门禁系统系统整体功能，硬件电路设计、软件设计等方面阐述密码门禁系统设计过程。

密码门禁系统系统包括电子锁，电子钥匙，用户卡及用户卡生成器四部分。

电子锁里保存着当前开门密码，以及用户第一次使用用户卡时的用户卡号和加密位。

用户凭用户卡在门上随时更改开门密码，更新或配制钥匙里的开门密码。

本系统考虑到门禁系统成本及体积因素，在设计门禁系统部分时，以FPGA 为核心；由多个数码管，按键和发光二极管组成外围电路。

本文采用VHDL语言使用自顶而下的方法对系统进行了描述。

采用FPGA开发设计，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高，同时由于FPGA 具有在系统可编程功能，当设计需要更改对，只需更改FPGA中的控制和接口电路，利用EDA工具将更新后的设计下载到FPGA中即可，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率。

因此，采用FPGA开发的数字系统，不仅具有很高的工作可靠性，其升级与改进也极其方便。

关键词：门禁系统FPGA VHDLAbstractThe technology of access control system combines computer, electronics and digital coding technology together, and seems to be a high-tech electromechanical integration product, can be used safely and easily. This paper discussed the whole system architecture of the access control system; hardware design and software design were presented separately.The whole password access control system consists of four parts: electronic lock, electronic key, user card and user card generator. The electronic lock is used to preserve the current unlock password, the user card numbers and encrypted spaces. Users can use the card to unlock the lock, update or preparation the unlock password at any time.The cost and size are put most emphasis in the design of access control system. Design based on FPGA is presented. The system then is designed and verified through some external circuit components, such as keyboard and LEDs.The paper is described with VHDL using the top-down approach.FPGA-based development and design which is achieved all entirely by the hardware circuit algorithm，makes the system work much more reliability，as well as because FPGA in the system can be made available for the in-system programmable function，when the design needs to be changed，the control and the interface circuit can be restructured in the FPGA conveniently，using EDA tools，to download the updated design to the FPGA without changing the external circuit design．So the efficiency of the design Can be proved．Thus，the digital system implemented by FPGA is of high reliability，and the upgrade and improvement is extremely convenient．Key words：access control system FPGA VHDLII目录摘要 (I)Abstract (II)目录 ..................................................................................................................... I II 绪论 .. (1)1 门禁系统的分类及特点 (2)1.1门禁系统的分类及特点 (2)1.1.1 按进出识别方式分类 (2)1.1.2 按设计原理分类 (3)1.1.3 按与微机通汛方式分类 (3)2 开发工具简介 (4)2.1M AX+PLUSⅡ开发系统的特点 (4)2.2FPGA简介 (5)2.21 FPGA基本工作原理 (5)2.22 FPGA的基本特点 (5)2.23 FPGA设计流程 (5)2.3芯片选择 (6)3 门禁系统总体方案 (7)3.1系统概述 (7)4 门禁系统实现 (9)4.1门禁系统输入电路的设计 (9)4.1.1 矩阵式键盘的工作原理 (9)4.1.2 门禁系统输入电路各主要功能模块的设计 (11)4.2门禁系统控制电路的设计 (15)4.2.1 数字按键输入的响应控制 (15)4.2.2 功能按键输入的响应控制 (15)4.3门禁系统显示电路的设计 (16)III4.4门禁系统的整体组装设计 (17)5 主要VHDL源程序 (18)5.1键盘输入去抖电路的VHDL源程序 (18)5.2键盘输入去抖电路的仿真 (20)5.3门禁系统输入电路的VHDL源程序 (20)5.4门禁系统输入电路的仿真 (24)5.5门禁系统控制电路的VHDL源程序 (25)5.6门禁系统控制电路的仿真 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)IV绪论据有关资料介绍，电子锁门禁系统的研究从上世纪30年代就开始了，在某些特殊场所早就有所应用。

一种基于改进型数字相敏整流电路的磁通门传感器设计ZHANG Yunshan;CUI Gongjun【摘要】在全面分析了数字电路磁通门特点的基础上,构建得到一种经过改进的数字相敏整流电路.之后采用此数字相敏整流电路设计出一款具有高分辨精度的数字磁通门传感器.经测试发现磁通门的输出测量范围是:X轴等于162800 nT,Y轴等于162900 nT,Z轴等于162700 nT,磁通门输出值和测量磁场之间具有线性关系.利用数字万用表测试激励信号的电流,采用示波器测试了激励信号频率与磁通门传感器的反馈电阻电压,测试发现磁通门分辨力小于2 nT.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P55-58,22)【关键词】数字磁通门传感器;相敏整流;异或运算;分辨力【作者】ZHANG Yunshan;CUI Gongjun【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TP212.130 引言磁通门传感器是利用磁饱和效应制作的一种改进型变压器器件。

当铁芯磁导率随激励磁场强度而变时，感应电动势中就会出现随被测磁场强度而变化的偶次谐波信号。

相比于其他类型的磁场测量器件，磁通门传感器在灵敏度、线性度、性价比和稳定性等方面均有无可比拟的优势[1-2]。

常用磁通门传感器按输出信号可以分为电流型式、时间差和电压型式，与之对应的常用磁通门处理电路也分为电流型磁通门应用电路、时间差型磁通门应用电路和电压型磁通门应用电路。

时间差型磁通门传感器通过测量输出信号中所包含的正负脉冲的时间差完成对被测磁场的测量[3-5]。

但是想要获得较高的分辨力，需要准确地测量出脉冲的尖峰时刻，同时必须要降低激励频率。

通常时间差型磁通门传感器的分辨力能达到60 nT，但这还不能够称为高分辨力[6-8]。

该文综合数字电路磁通门和模拟电路磁通门的优缺点提出一种改进型的数字相敏整流电路。

基于该数字相敏整流电路设计一款高分辨力数字磁通门传感器，该系统既能改善温度特性，同时也可以节约数字接口，减少数字处理器的运算负担。

基于FPGA的高精度频率计设计随着现代通信技术的发展，对于高精度频率计的需求越来越大。

传统的频率计主要基于微处理器实现，但在高频率和高精度要求下，性能和灵活性受到了限制。

为了满足这种需求，基于可编程逻辑器件（FPGA）的高精度频率计应运而生。

FPGA是一种可编程逻辑设备，可以重新配置电路结构以实现不同的功能。

具有并行处理、高速度和灵活性等特点，非常适合于高精度频率计的设计。

基于FPGA的高精度频率计可以实时测量和显示输入信号的频率，并具有较高的精度和稳定性。

设计一个基于FPGA的高精度频率计，首先需要确定设计的规格和目标。

一般来说，设计应具有以下要求：1.高频率计数：能够支持较高的输入频率范围，例如数百兆赫兹（MHz）。

2.高精度计数：能够实现较高的计数精度，通常为小数点后几位。

3.快速响应：能够实现实时计数和显示，以满足高速输入信号的需求。

4.稳定性和可靠性：稳定的输入信号计数和显示，在长时间运行中保持精度和稳定性。

根据以上要求，可以使用以下步骤设计一个基于FPGA的高精度频率计：1.输入接口：设计输入接口来接收频率信号。

可以使用差分输入接口或单端输入接口，根据需要选择合适的接口方式。

需要考虑抗干扰能力和信号质量等因素。

2.时钟同步：使用FPGA内部或外部的时钟信号来同步输入信号。

通过与时钟信号同步，可以实现准确稳定的计数和显示。

3.计数逻辑：设计计数逻辑电路来对输入信号进行计数。

可以使用计数器模块实现计数功能。

FPGA内部计数器可以满足较低频率要求，但对于较高频率，可能需要使用外部计数器模块。

4.频率计算：根据计数结果和计数时间，计算输入信号的频率。

可以使用FPGA内部的时钟模块来计算时间间隔，然后使用计数结果和时间间隔来计算频率。

高精度频率计可以通过多次计数和平均来提高计算精度。

5.显示和输出：设计输出接口来显示和输出测量结果。

可以使用FPGA内部的显示模块来显示频率值，也可以通过外部接口输出频率值。

基于FPGA的高精度磁编码器设计
李希胜;刘洪毅;李忠虎
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2008(000)012
【摘要】磁编码器主要用于伺服电机系统的转角和转速测量,针对目前产品精度和分辨率相对较低的现状,提出一种基于FPGA实现的标定查表法细分方案.首先将三路磁头相差120°放置,使磁编码器输出3路相差120°的差分正弦信号,并通过FPGA进行卦限判断,选取线性度最好的一路信号进行信号处理,从而有效地避免了正弦信号的死区.同时利用FPGA对卦限信息和磁编码器输出信号的A/D转换信息进行处理,作为EEPROM的地址信息进行硬件查表,实现对磁编码器信号的倍频处理,从而提高了磁编码器的分辨率和测量精度,可实现每个周期4 096份的倍频.【总页数】3页(P69-71)
【作者】李希胜;刘洪毅;李忠虎
【作者单位】北京科技大学信息工程学院,北京,100083;北京科技大学信息工程学院,北京,100083;北京科技大学信息工程学院,北京,100083;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头,014010
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于TLE5012B的高精度多圈绝对式磁编码器设计 [J], 陈如意;周翟和;王锋;尹辉
2.基于FPGA的通道数可调高精度采集系统模块化设计 [J], 田皓文; 郭世旭; 朱锰琪; 赵鹏
3.基于FPGA高精度磁编码器抖动干扰的编码技术 [J], 陈慧
4.基于FPGA和DDR3SDRAM的高精度脉冲发生器设计与实现 [J], 施赛烽;叶润川;林雪;徐南阳
5.基于FPGA的高精度液体灌装控制系统设计 [J], 吉永林
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海南大学毕业论文（设计）题目：基于FPGA电子密码锁门禁系统的设计学号：201328343200xx姓名：xxx年级：2013级学院：热带农林学院（信息管理学院）专业：电子科学与技术专业指导教师：xxx完成日期：年月日摘要经过市场调查，电子密码锁的性能与安全性已经远超传统机械锁，而且消费者也越来越能够倾向于电子密码锁的使用。

随着芯片的快速发展，电子密码锁的性能日益提高，价格也变得更便宜。

电子密码锁倍受青睐的原因是它有能够根据个人需求订制特定的功能，如电子锁最基本的功能有：保密功能，密码错误警报，修改密码等；另外，还可按照消费者需求外加功能，如：火灾警报，弱电提醒电量不足，自动上锁等。

现在科技进步飞速，生产商只需要基于芯片以及简单电路就能制造出性价比较高的电子锁。

总之，电子密码锁逐渐会适用在每个家庭之中。

市面上存在一些基于单片机的密码锁，其安全性和性能必定远不及基于FPGA。

因为单片机运行速度慢，逻辑性差，所以不利于将电子密码锁集成到大型的门禁系统当中；相反，FPGA则克服了这些缺点，而且其具有处理更复杂功能的能力，能够实现更多的功能。

经过市场调查后发现，基于FPGA的电子密码锁具有功能实用且多样化，超高性能，较低成本等特点，具有一定的实际应用价值。

关键词：现场可编程门阵列；电子密码锁；程序仿真；AbstractAccording to the market research, electronic code locks have laid over traditional mechanical locks in performance and safety, which prompt consumers to use electronic code locks much more likely than ever before.With the rapid development of the chips, electronic code locks become much more accessible and acceptable both in performance and price. What’s more, here are a few reasons for electronic code locks’popularity. For one thing, nowadays, electronic code locks can be customized specifically according to individual needs. For instance, confidentiality function, password error alert and changing password, etc. For another, there are more functions which can be applied accordingly, such as fire alarming, reminding the lack of electricity and automatic locking,etc. Thanks to the significant progress of technology, some manufacturers are able to produce cost-effective electronic locks which are simply based on chips and circuits. In short, the electronic code lock will apply to each family gradually.At present, some code locks based on the micro-controller in the market cannot hold a candle to those which are based on FPGA both in performance and safety. Since micro-controller is poor in speed and logic, it’s not suitable to apply such code locks to large-scale access systems. On the contrary, FPGA can overcomes such shortcomings effectively. Besides, it has the ability to process complex instructions which may benefit to implementing more functions. To sum up, it can be concluded according to the market research that electronic code locks, based on FPGA possess the characteristics of functional, diversified, high-performance and low-cost, which have the practical application value.Keywords:FPGA(Field-Programmable Gate Array);electronic code lock;simulation;目录1 绪论 (1)1.1电子密码锁的发展趋势 (1)1.2 电子密码锁发展背景及国内外现状 (2)1.3 设计的目的与意义 (2)1.4 设计方案对比 (2)1.5 设计内容与要求 (3)2 系统硬件综述 (4)2.1 系统设计方案 (4)2.2 电子密码锁系统组成 (4)2.3 主控模块 (5)2.3.1 Cyclone器件的介绍 (5)2.4 键盘模块电路设计 (5)2.4.1 矩阵键盘的设计与原理 (5)2.4.2 键盘具体操作说明 (6)2.5 显示模块电路设计 (6)2.5.1 LCD1602的简介 (6)2.5.2 显示模块原理 (7)2.6 存储模块电路设计 (8)2.6.1 24C02的简介 (8)2.6.2 存储模块原理 (9)2.7 报警电路设计 (9)3 系统软件设计与仿真 (10)3.1 分频部分程序设计 (10)3.2 键盘驱动部分 (10)3.2.1 键盘驱动程序设计 (10)3.2.2 键盘驱动程序仿真 (13)3.3 蜂鸣器驱动部分 (14)3.3.1 蜂鸣器驱动程序设计 (14)3.3.2 蜂鸣器驱动程序仿真 (14)3.4 LCD1602驱动部分 (15)3.4.1 LCD1602驱动程序设计 (15)3.4.2 LCD1602驱动程序仿真 (19)4 系统实现 (20)4.1 系统功能验证 (20)4.2 结论 (22)致谢 (23)参考文献 (25)附件 (27)1 绪论1.1电子密码锁的发展趋势在当今社会，防止盗贼入室，加强防盗工作已经成为每家每户的必要工作。

基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计和实现摘要：针对传统磁通门信号处理电路中模拟元件的缺点，设计一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字磁通门系统。

整个系统采用闭环结构，由激励产生模块、信号处理拱块和负反馈模块组成。

外围模拟电路用高速D／A、A／D芯片取代，有利于系统温度稳定性的提到。

FPGA 内的数字逻辑实现了磁通门信号解算、激励正弦信号发生、D／A、A／D 输入／输出串并转换的功能，首先用硬件描述语言(HDL)设计并仿真，然后下载、配置到FPGA 中，调试完成后进行实验，通过实时处理双铁芯磁通门传感器探头输出信号对系统进行测试。

实验结果证实了系统功能的正确性。

闭环结构的采用提高了系统信号梯度线性度，与模拟系统相比，基于数字逻辑的设计温度性能更稳定，更易于小型化，可移植性更强。

关键词：磁通门；现场可编程门阵列；硬件描述语言；信号梯度线性度0 引言磁通门传感器最早于1935 年发明并投入应用，用于静态或者低频变化的弱磁检测，拥有其他磁敏元件难以媲美的灵敏度和可靠性，在磁场测量领域一直占据着不可替代的位置。

磁通门传感器适用于地磁或人体磁场的检测，在航空、航天、地质勘探、医疗卫生等领域有着广泛的应用。

磁通门传感器探头通常采用类似于变压器的双铁芯结构，利用软磁铁芯变化磁导率的特性将被测磁场调制成激励信号的偶次谐波。

信号处理系统对探头输出加以处理，从中提取与被测磁场大小相关的信号，转换成直流量并输出。

传统的磁通门信号处理电路采用模拟元器件，温度性能严重地受到影响，且很难小型化，可移植性也很差。

与之相比，现代数字磁通门系统，温度性能稳定，体积小，可移植性强。

根据应用的具体情况，可选的实现方式多样，有单片机、可编程数字逻辑，或数字信号处理(DSP)芯片等。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是。

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摘要随着电子技术的发展，具有防盗报警等功能的电子密码锁代替密码量少、安全性差的机械式密码锁已是必然趋势。

电子密码锁与普通机械锁相比，具有许多独特的优点：保密性好，防盗性强，可以不用钥匙，记住密码即可开锁等。

目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，其编码器与解码器的生成为软件方式。

在实际应用中，由于程序容易跑飞，系统的可靠性能较差。

本文主要阐述了一种基于现场可编程门阵列 FPGA 器件的电子密码锁的设计方法。

用 FPGA 器件构造系统，所有算法完全由硬件电路来实现，使得系统的工作可靠性大为提高。

由于 FPGA 具有现场可编程功能，当设计需要更改时，只需更改 FPGA 中的控制和接口电路，利用 EDA 工具将更新后的设计下载到 FPGA 中即可，无需更改外部电路的设计，大大提高了设计的效率。

因此，采用 FPGA 开发的数字系统，不仅具有很高的工作可靠性，而且升级也极其方便。

本文采用 EDA 技术，利用 Quartus II 工作平台和硬件描述语言，设计了一种电子密码锁，并通过一片 FPGA 芯片实现。

关键词：关键词：电子密码锁；FPGA；硬件描述语言；EDAAbstractWith the development of electronic technology, electronic password lock with burglar alarm and other functions replacing less password and poor security mechanical code lock is an inevitable trend. compared electronic password lock with ordinary mechanical locks, it has many unique advantages ： confidentiality, and security in nature, do not use the key, remember password can unlock it etc .Most electronic password locks we used now is based upon SCM technology ,SCM is its mainly device ,and the creating of encoding and decoding devices is the fashion of Software mode. In practical application, the reliability of the system may be worse because of easy running fly of the programme.This paper mainly expatiates a design method of electronic password lock based upon Field Programmable Gate Array device. We use FPGA devices to construct system , all of the algorithm entirely achieved by the hardware circuit , because of FPGA has the function of ISP , when the design needs to be changed We only need to change the control and interface circuit of FPGA,EDA tools are used to download the updated design to FPGA without changing the design of the external circuit , this greatly enhance the efficiency of the design .Therefore , we use FPGA to empolder the digital system has not only high reliability but also extremely convenient of upgrading and improvement .In this paper ,we use EDA technology , Quartus II platform and hardware description language designing an electronic password lock ,and it achieved through an FPGA chip. Key words： electronic password lock； FPGA； hardware description language； EDA ：目录1 绪论（标题部分的格式很多不对，检查修改）…… 1 1.1 本课题研究的国内外现状及其发展……2 1.2 本课题研究的目的和意义…… 2 2 关键技术简介…… 4 2.1 FPGA 硬件设计描述…… 4 2.1.1 2.1.2 2.1.3 FPGA 的设计流程……4 VHDL 语言的基本结构...... 6 自上而下（TOP DOWN）的设计方法 (7)2.2 设计语言、仿真平台与开发系统...... 8 2.3 用 QuartusⅡ进行系统开发的设计流程...... 8 3 系统总体设计...... 9 3.1 电子密码锁设计的原理...... 9 3.2 方案的提出...... 10 3.3 系统设计要求...... 11 3.4 系统设计描述...... 11 3.5 各功能模块描述...... 12 3.6 系统流程...... 13 4 系统详细设计...... 15 4.1 输入模块...... 15 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 时序产生电路...... 16 按键消抖电路...... 17 键盘扫描电路...... 20 键盘译码电路...... 21 键盘输入模块的实现 (22)4.2 电子密码锁控制模块…… 23 4.2.1 4.2.2 4.2.3 控制模块的描述…… 23 控制模块的状态图与 ASM 图……错误！未定义书签。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810717251.X(22)申请日 2018.06.29(71)申请人 中国地质大学（武汉）地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人 董浩斌　李瑞鹏　(74)专利代理机构 武汉知产时代知识产权代理有限公司 42238代理人 曹雄(51)Int.Cl.H03L 7/087(2006.01)H03L 7/093(2006.01)(54)发明名称基于FPGA的精准自动频率跟踪的数字锁相放大处理方法(57)摘要本发明公开了基于FPGA的精准自动频率跟踪的数字锁相放大处理方法，包括对被测信号通过信号预处理电路进行预处理得到离散信号；将离散信号进行FFT算法处理获得信号频率的粗略值；将粗略值作为中心频率由FFT锁相环对离散信号进行扫描，直至两路正交的本地参考信号和被测信号完成频率同步；将离散信号分别与两路本地参考信号相乘，分别得到差频项与和频项；再对差频项与和频项行低通滤波滤除高频分量，分别得到直流分量；最后对两路直流分量进行运算即可得到被测信号的幅值和相位；本发明利用DSP Builder设计程序，使数字锁相放大器的设计更加灵活，易于开发；本发明使用FPGA做处理器和模块化的外围电路，使其便于作为模块应用到特定领域的测量仪器中。

权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 109150169 A 2019.01.04C N 109150169A1.基于FPGA的精准自动频率跟踪的数字锁相放大处理方法，其特征在于，包括：S1、对被测信号通过信号预处理电路进行预处理，预处理后的被测信号通过抗混叠滤波器处理后，由ADC转换器对抗混叠滤波器处理后的信号过采样得到离散信号；S2、将步骤S1获得的离散信号进行FFT算法处理获得信号频率的粗略值；S3、将步骤S2获得的频率粗略值作为中心频率由FFT锁相环对步骤S1的离散信号进行扫描，直至两路正交的本地参考信号和被测信号完成频率同步；S4、将步骤S1的离散信号分别与步骤S3产生的两路本地参考信号相乘，分别得到差频项与和频项；再对差频项与和频项行低通滤波滤除高频分量，分别得到直流分量；最后对两路直流分量进行运算即可得到被测信号的幅值和相位；其中，步骤S2-S4集成在FPGA中。

基于fpga的数字锁相电路设计
设计基于FPGA的数字锁相电路涉及到数字信号处理和时序控制
等方面。

首先，我们需要确定锁相电路的具体功能和性能要求，例
如输入信号频率范围、相位精度要求、输出控制方式等。

接下来，
我们可以采取以下步骤进行设计：
1. 确定输入信号接口，考虑锁相电路的输入信号源，确定输入
接口的类型和标准，可能需要进行信号变换和预处理。

2. 时钟信号处理，FPGA内部的时钟管理对于数字锁相电路至
关重要，需要设计合适的时钟分频、相位调整和锁定技术，确保输
入信号与FPGA内部时钟同步。

3. 相位检测和控制，利用FPGA的逻辑资源设计相位检测算法，实时监测输入信号的相位变化，并通过FPGA内部的逻辑电路实现相
位调整和控制。

4. 数字滤波和信号处理，采用FPGA内部的DSP资源，设计数
字滤波器和信号处理算法，对输入信号进行滤波、去噪和频率分析
等处理，以提高锁相电路的稳定性和抗干扰能力。

5. 输出控制与反馈，根据锁相电路的实际应用需求，设计FPGA内部的输出控制逻辑，实现对外部设备的控制和反馈，例如驱动电机、调节光学系统等。

6. 系统集成与验证，将各个模块进行集成，设计合理的数据通路和控制逻辑，进行综合布线和时序分析，最后进行功能验证和性能测试。

在设计过程中，需要充分考虑FPGA资源的利用率、时序约束、功耗和可编程性等因素，同时结合具体的应用场景和成本预算，选择合适的FPGA芯片型号和开发工具，以实现数字锁相电路的高性能和可靠性。

同时，也需要关注设计的灵活性和可扩展性，以便在后续的应用中进行调整和升级。