基于FPGA的高精度频率计设计.docx

1、 I 基于 FPGA的高精度频率计设计 草鱼 摘 草鱼 草鱼要 草鱼 频率计是一种应用非常广泛的电子仪器 ， 鲤鱼 也是电子测量领域中的一项重要内容 ， 鲤鱼 而高精度的频率计的应用尤为广泛 。 草鱼 目前宽范围 、 pork高精度数字式频率计的设计方法大都采用单片机加高速 、 pork专用计数器芯片来实现 。 草鱼 传统的频率测量利用分立器件比较麻烦 ， 鲤鱼 精度又比较低 ， 鲤鱼 输入信号要求过高 ， 鲤鱼 很不利于高性能场合应用 。 草鱼 草鱼 本论文完成了高精度数字频率计硬件设计和软件设计 。 草鱼 该数字频率计主要包括 FPGA 和单片机两大部分 。 草鱼 其中 FPGA 部分又可

2、分为数据测量模块 、 porkFPGA 和单片机接口模块 、 porkFPGA和数码管动态扫描部分 。 草鱼 FPGA 部分采用 verilog 语言编写了电路的各模块电路 ， 鲤鱼 选用了当前比较流行的 EDA开发软件 Quartus 草鱼 II 作为开发平台 ， 鲤鱼 所有模块程序均通过了编译和功能仿真验证 。 草鱼 对测频系统的设计流程 、 pork模型的建立和仿真做出了具体详细的研究 ， 鲤鱼 验证了该系统的正确性 。 草鱼 单片机部分采用 C51 编写了控制软件 。 草鱼 草鱼 本设计中以 FPGA器件作为系统控制的核心 ， 鲤鱼 其灵活的现场可更改性 ， 鲤鱼 可再配置能力 ， 鲤

3、鱼对系统的各种改进非常方便 ， 鲤鱼 在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能 。 草鱼 草鱼 关键词 ： pork频率计 ， 鲤鱼 单片机 ， 鲤鱼 FPGA， 鲤鱼 电子设计自动化 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 Design 草鱼 of 草鱼High-accuracy 草鱼Digital 草鱼Frequency 草鱼Meter 草鱼 Based 草鱼on 草鱼FPGA 草鱼 ABSTRACT 草鱼 Frequency 草鱼 meter 草鱼 is 草鱼 a 草鱼 kind 草鱼 of 草鱼 electronic 草鱼 inst

4、rument 草鱼 applied 草鱼 widely. 草鱼 A 草鱼 kind 草鱼 of 草鱼high-accuracy 草鱼 digital 草鱼 frequency 草鱼 meter 草鱼 is 草鱼 designed 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 FPGA 草鱼 in 草鱼 this 草鱼 paper. 草鱼 At 草鱼II present 草鱼 extends 草鱼 the 草鱼 scope, 草鱼 the 草鱼 high 草鱼 accuracy 草鱼 digital 草鱼 frequency 草鱼 meters 草鱼 design 草鱼 method 草鱼to 草鱼 us

5、e 草鱼 the 草鱼 monolithic 草鱼 integrated 草鱼 circuit 草鱼 to 草鱼 add, 草鱼 the 草鱼 special-purpose 草鱼 counter 草鱼 chip 草鱼mostly 草鱼 to 草鱼 realize 草鱼 high 草鱼 speed.草鱼 The 草鱼 design 草鱼 of 草鱼 system 草鱼 hardware 草鱼 and 草鱼 system 草鱼 software 草鱼 is 草鱼 accomplished 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 paper. 草鱼System 草鱼 consists 草鱼 of 草鱼 F

6、GPA 草鱼 and 草鱼 MCU. 草鱼 The 草鱼 circuit 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 FPGA 草鱼 includes 草鱼 following 草鱼some 草鱼 parts: 草鱼 data 草鱼 acquisition 草鱼 module, 草鱼 interface 草鱼 between 草鱼 FPGA 草鱼 and 草鱼 MCU, 草鱼 module 草鱼scanning 草鱼 number 草鱼 tube. 草鱼 Every 草鱼 circuit 草鱼 module 草鱼 is 草鱼 realized 草鱼 by 草鱼 verilog.The 草鱼 platf

7、orm 草鱼 of 草鱼development 草鱼 is 草鱼 Quartus 草鱼 II 草鱼 and 草鱼 all 草鱼 modules 草鱼 procedure 草鱼 is 草鱼 demonstrated 草鱼 by 草鱼 compiling 草鱼and 草鱼 simulation. 草鱼 Detailed 草鱼 research 草鱼 of 草鱼 design 草鱼 flow, 草鱼 model 草鱼 establishment 草鱼 and 草鱼 system 草鱼simulation 草鱼 is 草鱼 done. 草鱼 The 草鱼 correctness 草鱼 of 草鱼 th

8、e 草鱼 system 草鱼 is 草鱼 demonstrated. 草鱼 The 草鱼 software 草鱼based 草鱼 on 草鱼 MCU 草鱼 is 草鱼 programmed 草鱼 by 草鱼 C51. 草鱼草鱼 In 草鱼 this 草鱼 design 草鱼 takes 草鱼 the 草鱼 systems 草鱼 control 草鱼 by 草鱼 the 草鱼 FPGA 草鱼 component 草鱼 the 草鱼 core, 草鱼 its 草鱼nimble 草鱼 scene 草鱼 alterability, 草鱼 may 草鱼 dispose 草鱼 ability 草鱼 aga

9、in, 草鱼 is 草鱼 convenient 草鱼 to 草鱼 systems 草鱼 each 草鱼kind 草鱼 of 草鱼 improvement, 草鱼 in 草鱼 does 草鱼 not 草鱼 change 草鱼 in 草鱼 hardware 草鱼 circuits 草鱼 foundation 草鱼 also 草鱼 to 草鱼 be 草鱼possible 草鱼 to 草鱼 further 草鱼 enhance 草鱼 systems 草鱼 performance.The 草鱼 system 草鱼 has 草鱼 the 草鱼 advantage 草鱼 of 草鱼high-accuracy

10、 草鱼 and 草鱼 convenience. 草鱼 Its 草鱼 practicability 草鱼 of 草鱼 frequency 草鱼 meter 草鱼 is 草鱼 well.草鱼 KEY 草鱼WORDS: 草鱼 Frequency 草鱼 meter, 草鱼 MCU, 草鱼 FPGA, 草鱼 electronic 草鱼 design 草鱼 automation 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 目 草鱼 录 草鱼 摘 草鱼 草鱼要 I 草鱼 ABSTRACT I 草鱼 第 1 章 草鱼 草鱼绪论 1 草鱼 1.1 草鱼 草鱼 研究背景及意义 1 草鱼 1.2 草鱼 草鱼

11、 国内外研究现状 1 草鱼 1.2.1 草鱼 频率计的测量方法 1 草鱼 1.3 草鱼 草鱼 EDA 技术简介 3 草鱼 1.4 草鱼 草鱼 本论文内容及安排 4 草鱼 第 2 章 草鱼 草鱼频率测量方法与原理 6 草鱼 III 2.1 草鱼 草鱼 直接测频法 6 草鱼 2.2 草鱼 草鱼 利用电路的频率特性进行测量 7 草鱼 2.2.1 草鱼 电桥法测频 7 草鱼 2.2.2 草鱼 谐振法测频 8 草鱼 2.2.3 草鱼 频率 电压转换法测频 8 草鱼 2.3 草鱼 草鱼 等精度测量法 8 草鱼 2.4 草鱼 草鱼 本章小结 9 草鱼 第 3 章 系统总体设计方案 11 草鱼 3.1 草鱼

12、草鱼 频率计系统设计任务与分析 11 草鱼 3.1.1 草鱼 频率计系统设计任务要求 11 草鱼 3.1.2 草鱼 频率计系统设计任务分析 11 草鱼 3.2 草鱼 草鱼 系统总体设计方案 11 草鱼 3.3 草鱼 草鱼 FPGA 内部功能模块设计 12 草鱼 3.4 草鱼 草鱼 本章小结 14 草鱼 第 4 章 草鱼 草鱼系统的硬件电路设计 15 草鱼 4.1 草鱼 草鱼 FPGA 部分的硬件设计 15 草鱼 4.1.1 草鱼 FPGA 简介 15 草鱼 4.1.2 草鱼 草鱼 FPGA 芯片的选型 15 草鱼 4.2 草鱼 草鱼 单片机部分的硬件电路设计 16 草鱼 4.2.1 草鱼 单片

13、机的选型原则 16 草鱼 4.2.2 草鱼 单片机控制电路的设计 17 草鱼 4.3 草鱼 草鱼 外围电路设计 18 草鱼 4.3.1 草鱼 键盘接口电路 18 草鱼 4.3.2 草鱼 显示电路 19 草鱼 4.3.3 草鱼 电源电路 20 草鱼 4.3.4 草鱼 信号放大整形电路 20 草鱼 4.3.4 草鱼 其它电路 21 草鱼 4.4 草鱼 草鱼 本章小结 21 草鱼 第 5 章 草鱼 草鱼系统的软件设计 22 草鱼 5.1 草鱼 草鱼 VERILOG 草鱼 HDL 语言简介 22 草鱼 5.2 草鱼 草鱼 QUARTUS 草鱼 II 软件简介 23 草鱼 5.3 草鱼 草鱼 基于 ED

14、A 技术的设计方法 24 草鱼 5.3.1 草鱼 自底向上的设计方法 24 草鱼 5.3.2 草鱼 自顶向下的设计方法 24 草鱼 5.4 草鱼 草鱼 FPGA 内部功能模块设计 25 草鱼 IV 5.4.1 草鱼 D 触发器模块 27 草鱼 5.4.2 草鱼 32 位高速计数器模块 26 草鱼 5.4.3 草鱼 二选一选择器模块 27 草鱼 5.4.4 草鱼 并 串转换接口模块 28 草鱼 5.4.5 草鱼 串 并转换接口模块 29 草鱼 5.4.6 草鱼 二进制数到 8421BCD 码转换模块 30 草鱼 5.4.7 草鱼 LED 动态扫描显示控制模块 30 草鱼 5.5 草鱼 草鱼 单片

15、机部分的软件设计 32 草鱼 5.6 草鱼 草鱼 本章小结 33 草鱼 第 6 章 草鱼 草鱼结论 34 草鱼 致谢 39 草鱼 参考文献 40 草鱼 附录 I 草鱼 草鱼 顶层原理图 39 草鱼 附录 II 草鱼 草鱼 Verilog 程序源代码 40 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的高精度频率计设计 1 第 1章 草鱼 草鱼 绪论 草鱼 草鱼 1.1 草鱼 草鱼研究背景及意义 草鱼 在电子测量技术领域内 ， 鲤鱼 频率是一个最基本的参数 。 草鱼 它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一 ， 鲤鱼 还因为频率信号的抗干扰性强 、 pork易于传输 、 pork可以获得较高的测量精

16、度等特点使各种非电信号 ， 鲤鱼 诸如速度 、 por k力 、 por k图像 、 pork音讯等物理量都可以转换为电频率信号 。 草鱼 因此工程中很多测量 ， 鲤鱼 如用振弦式方法进行力的测量 、 pork时间测量 、 pork速度测量 、 pork速度控制等都涉及到频率测量 1。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 研究频率计具有一定的实用价值 2。 草鱼 数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器 ， 鲤鱼 它的基本功能是测量正弦信号 、 pork方波信号 、 pork尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的物理量 3。 草鱼 在测控系统中 ， 鲤鱼测频方法的研究越来越受到大家的重视

17、， 鲤鱼 多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量 ， 鲤鱼 而频率计作为测量频率的仪器被广泛应用于工业生产 、 pork实验室 、 pork国防等领域 。 草鱼 草鱼 1.2 草鱼 草鱼国内外研究现状 草鱼 由以上所述可见 ， 鲤鱼 研究设计一种测量精度高 、 pork测频范围广 、 pork在更小的空间内实现更多的功能 、 por k有灵活的现场可更改性的高精度数字频率计显得越来越重要 。 草鱼 本课题正是针对于此 ， 鲤鱼 研究 、 pork设计一种频率计 ， 鲤鱼 旨在提高频率测量的高精度 、 pork及时性等性能指标 。 草鱼 下面就简单的介绍下国内外关于数字频率计的研究现状

18、 。 草鱼 草鱼 1.2.1 草鱼频率计的测量方法 草鱼 目前频率测量的方法有很多 ， 鲤鱼 在进行频率测量时 ， 鲤鱼 往往关心的是频率所测量的范围 、 pork精度要求以及被测对象的特点 。 草鱼 而测量所能达到的精度 ， 鲤鱼 不仅取决于所测的频率源的精度 ， 鲤鱼 而且取决于所使用的测量设备和测量方法 。 草鱼 目前测量频率的方法有多种 ， 鲤鱼 频率计的种类也各种各样 。 草鱼 草鱼 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟 ， 鲤鱼 对比测量其他信号的频率 。 草鱼 典型的传统的方法是计算每秒内待测信号的脉冲个数 ， 鲤鱼 此时闸门时间为 1 秒 。 草鱼闸门时间也

19、可以大于或小于 1 秒 。 草鱼 闸门时间越长 ， 鲤鱼 得到的频率值就越准确 ， 鲤鱼 但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长 ； pork闸门时间越短 ， 鲤鱼 测的频率值刷新就越快 ， 鲤鱼 但测得的频率精度就受影响 4。 草鱼 草鱼 1）常用的数字频率的测量方法可以分为 ： pork草鱼 (a) 草鱼 直接测量法 草鱼 (以下称 草鱼 M 法 )草鱼 M 法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数进行换算得出被测信号的频率 。 草鱼陕西科技大学毕业设计说明书 2 这种测量方法的测量精度取决于闸门时间和被测信号频率 。 草鱼 当被测信号频率较低时将产生较大误差 ， 鲤鱼 除非闸门时间

20、取得很大 。 草鱼 所以这种方法比较适合测量高频信号的频率 。 草鱼 草鱼 (b) 草鱼 周期测量法 草鱼 (以下称 草鱼 T 法 )草鱼 T 法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率 。 草鱼 这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度 ， 鲤鱼 当被测信号频率较高时 ， 鲤鱼 对计时精度的要求就很高 。 草鱼 这种方法比较适合测量频率较低的信号 。 草鱼 草鱼 (c) 草鱼 综合测量法 草鱼 (以下称 M 草鱼 /T 法 )草鱼 M 草鱼 /T 法具有以上两种方法的优点 ， 鲤鱼 它通过测量被测信号数个周期的时间然后换算得出被测信号的频率 ， 鲤鱼 可兼顾低频与高频信号

21、 ， 鲤鱼 提高了测量精度 。 草鱼 但是 M 法 、 porkT 法和 草鱼 M 草鱼 /T法存在 1个字的计数误差问题 ： porkM 法存在被测闸门内 1个被测信号的脉冲个数误差 ， 鲤鱼T 法或 M 草鱼 /T 法也存在 1 个字的计时误差 ， 鲤鱼 这个问题成为制约测量精度提高的一个重要原因 5。 草鱼 草鱼 2）根据测频工作原理还可将频率测量方法分成以下几类 ： pork草鱼 (a)利用电路的某种频率响应来测量频率 草鱼 谐振测频法和电桥测频法是这类测频方法的典型代表 ： pork前者常用于低频段的测量 ， 鲤鱼 后者主要用于高频或微波频段的测量 。 草鱼 谐振法的优点是体积小 、

22、 pork重量轻 、 pork不要求电源等 ， 鲤鱼目前仍获得广泛应用 。 草鱼 草鱼 (b)利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率 草鱼 采用比较法测量频率 ， 鲤鱼 其准确度取决于标准频率的准确度 。 草鱼 拍频法 、 por k示波器法以及差频法等均属于此类方法范畴 。 草鱼 拍频法和示波器法主要用于低频频段的测量 ， 鲤鱼 差频法主要用于高频频段的测量 ， 鲤鱼 它的显著优点是测试灵敏度高 4。 草鱼 草鱼 以上两种方法都适合于模拟电路中实现 ， 鲤鱼 还有一类目前最广泛使用的计数测频法则适合于数字电路实现 。 草鱼 该方法是根据频率定义 ， 鲤鱼 记下单位时间内周期信号的重复次数

23、。 草鱼 草鱼 3）从采用的芯片类型和技术来划分 ： pork草鱼 从采用的芯片类型和技术来划分 ， 鲤鱼 有五种设计方案 ， 鲤鱼 不同的测量方法和不同的设计技术在实现的效果上有很大区别 。 草鱼 草鱼 (a) 草鱼 采用通用中 、 pork小规模集成芯片 SSI、 porkMSI 等纯硬件设计 ， 鲤鱼 方法比较繁琐和陈旧 ， 鲤鱼 在目前的设计领域中很少使用 。 草鱼 草鱼 (b) 草鱼 采用单片数字频率计芯片 ， 鲤鱼 如 ICM7216 等专用芯片硬件实现 ， 鲤鱼 简单易行 ， 鲤鱼 但只有固定的一般功能和通用的基本指标 ， 鲤鱼 这种芯片的最高计数频率仅有 15MHz， 鲤鱼 远

24、不能达到在一些场合需要测量很高频率的要求 ， 鲤鱼 而且测量精度也受到芯片本身的限制 。 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的高精度频率计设计 3 (c) 草鱼 采用单片机系统设计的数字频率计（直接测频法） ， 鲤鱼 此种方法虽然能达到较高的测量范围 、 pork精度 ， 鲤鱼 但只是直接记下单位时间内周期信号的重复次数 ， 鲤鱼 其记数值会有 1 个记数误差精度 ， 鲤鱼 尤其是测量精度随着频率的降低而降低 。 草鱼 草鱼 (d) 草鱼 采用 PLD(包括大规模可编程逻辑器件 草鱼 FPGA/CPLD 等 草鱼 )系统设计的等精度数字频率计 ， 鲤鱼 具有集成度高 、 pork高速和高可靠性的特点

25、 ， 鲤鱼 使频率的测频范围可达到 0.1Hz50MHz， 鲤鱼 测频全域相对误差恒为百万分之一 。 草鱼 草鱼 (e) 草鱼 采用单片机和 草鱼 FPGA/CPLD 结合系统设计的多功能高精度数字频率计 ， 鲤鱼 用 FPGA 设计实现的信号源和测量仪 ， 鲤鱼 较之单片机与分离元件等传统方法的实现 ， 鲤鱼 精度明显提高 ， 鲤鱼系统可靠性增强 ， 鲤鱼 直接带来了实验装置的市场竞争力的提高 。 草鱼 函数信号发生器和扫频信号源模块采用 FPGA 实现 ， 鲤鱼 其核心原理为 DDS 草鱼 (Direct 草鱼 Digital 草鱼 Synthesizer)即直接数字频率合成技术 。 草鱼

26、 DDS 具有较高的频率分辨率 ， 鲤鱼 可以实现频率的快速切换 ， 鲤鱼 并且切换时保持相位的连续 ， 鲤鱼 易于实现频率 、 pork相位 、 pork幅度的数控调制 6。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 在现代电子系统及设备的频率源设计中 ， 鲤鱼 得到广泛应用 。 草鱼 草鱼 1.3 草鱼 草鱼EDA 技术简介 草鱼 所谓的 EDA 草鱼 (Electronic 草鱼 Design 草鱼 Automation， 鲤鱼 电子设计自动化 )技术 ， 鲤鱼 是在 20 世纪 90年代初 ， 鲤鱼 从 CAD(计算机辅助设计 )、 porkCAM(计算机辅助制造 )、 porkCAT(计算机辅助测试 )

27、和 CAE(计算机辅助工程 )的概念发展而来的 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼 电子设计自动化己逐渐成为重要的设计手段 ， 鲤鱼 其广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域 7。 草鱼 草鱼 EDA 技术就是以计算机为工作平台 ， 鲤鱼 以 EDA 软件工具为开发环境 、 pork以硬件描述语言HDL 为设计语言 、 pork以可编程逻辑器件为试验载体 、 pork以 ASIC、 porkSoC 芯片为目标器件 ， 鲤鱼 以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程 。 草鱼 在 EDA 的设计过程中 ， 鲤鱼 用 HDL编写的设计文件将自动的完成逻辑编译 、 pork逻辑化简 、 pork逻辑分

28、割 、 por k逻辑综合及优化 、 pork逻辑布局布线 、 pork逻辑仿真 、 por k直至对特定目标芯片的适配编译 、 pork逻辑映射和编程下载等等工作 。 草鱼 设计的工作仅限于利用软件的方式 ， 鲤鱼 即用硬件描述语言来完成对系统硬件功能的描述 ， 鲤鱼 在 EDA 工具的帮助下就可以得到最后的设计结果 。 草鱼 尽管目标系统是硬件 ， 鲤鱼 但整个设计和修改如完成软件设计一样方便而高效 。 草鱼 EDA 技术中最为瞩目的功能 ， 鲤鱼 即最具现代电子设计技术特征的功能就是日益强大的逻辑设计仿真测试技术 。 草鱼 EDA 仿真测试技术只需通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不

29、同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作 ， 鲤鱼 在完成实际系统的安装后还能对系统上的目标器件进行所谓的边界扫描测试 。 草鱼 另一方面 ， 鲤鱼 高速发展的 FPGA/CPLD 器件又为 EDA 技术的不断进步奠定了坚实的物质基础 。 草鱼 FPGA/CPLD 器件的更广泛的应用及厂商间的竞争 ， 鲤鱼 使陕西科技大学毕业设计说明书 4 得普通的设计人员获得廉价的器件和 EDA 软件成为了可能 ， 鲤鱼 大大的促进了 EDA 的发展 。 草鱼 草鱼 EDA 技术是现代电子工程领域的一门较新的技术 ， 鲤鱼 它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法 ， 鲤鱼 极大的推动了电子

30、产业的发展 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼 在通信 、 pork国防 、 pork航天 、 pork工业自动化等领域的电子系统设计当中 ， 鲤鱼 EDA 技术的含量正以惊人的速度发展着 。 草鱼 未来的 EDA 将会超越电子设计的范畴进入其他的领域 ， 鲤鱼 随着基于 EDA 的 SoC(System 草鱼 on 草鱼a 草鱼 Chip)设计技术的发展 ， 鲤鱼 软硬功能核库的建立 ， 鲤鱼 以及基于 HDL 所谓自顶向下设计理念的确立 ， 鲤鱼 将会极大的推动电子工业的发展 ， 鲤鱼 将电子系统的设计和规划应用到其他的领域中去 。 草鱼 草鱼 1.4 草鱼 草鱼本论文内容及安排 草鱼 首先介绍了用

31、 verilog 语言和 FPGA 开发片上系统的基本方法 ， 鲤鱼 然后面向电测技术领域的频率测量系统 ， 鲤鱼 在原来的频率测量方法 ： pork直接测频法 、 pork利用电路的频率特性进行测量以及多周期同步法测量的基础上 ， 鲤鱼 把 verilog和 SoC 技术运用到测频系统中 ， 鲤鱼 利用 EDA开发工具研究开发了等精度测频系统 。 草鱼 并对其进行了一系列仿真实验测试 ， 鲤鱼 进一步验证了设计结果 。 草鱼 草鱼 本系统采用了 草鱼 FPGA 器件和单片机相结合来实现频率测量系统中的数字频率计设计 。 草鱼除被测信号的整形部分 、 pork键输入部分和 LED 显示部分以外

32、 ， 鲤鱼 其余全部在一片 草鱼 FPGA 芯片上实现 ， 鲤鱼 整个系统非常精简 ， 鲤鱼 而且具有灵活的现场可更改性 。 草鱼 被测信号可以是方波 、 pork三角波或正弦波等周期性变化的信号 。 草鱼 如配以适当的传感器 ， 鲤鱼 可以对多种物理量进行测试 ， 鲤鱼 比如机械振动的频率 ， 鲤鱼 转速 ， 鲤鱼 声音的频率以及产品的计件等等 。 草鱼 首先查阅资料 ， 鲤鱼了解发展现状 。 草鱼 在此基础上 ， 鲤鱼 对系统的方案进行了设计 。 草鱼 对各个功能模块的设计实现进行了详细的介绍 ， 鲤鱼 给出了相应的仿真结果 。 草鱼 草鱼 具体研究内容安排如下 ： pork草鱼 第 1

33、章 ： pork在广泛查阅文献资料的基础上 ， 鲤鱼 对频率计的研究背景及意义 、 pork国内外研究现状进行了深入了解 ， 鲤鱼 对 EDA 技术进行了简要介绍 。 草鱼 草鱼 第 2 章 ： pork对频率测量的方法与原理进行分析比较 ， 鲤鱼 选择了等精度测频的方法 。 草鱼 草鱼 第 3 章 ： pork对本系统的整体设计思路进行了分析 ， 鲤鱼 进行了总体方案设计 。 草鱼 草鱼 第 4 章 ： pork详细介绍了系统的器件选型 ， 鲤鱼 硬件电路设计 。 草鱼 草鱼 第 5 章 ： pork对本系统进行软件设计 。 草鱼 采用 verilog 语言详细地把 FPGA 上实现的部分从

34、顶层到底层的每一部分进行设计 、 pork仿真 ； por k对信号控制和数据计算部分（单片机）进行程序开发 ； pork同时对电路进行总体设计 。 草鱼 草鱼 基于 FPGA 的高精度频率计设计 5 第 6 章 ： pork对课题进行了总结 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 陕西科技大学毕业设计说明书 6 第 2章 草鱼 草鱼 频率测量方法与原理 草鱼 在电测技术领域内 ， 鲤鱼 频率是一个最基本的参数 。 草鱼 它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一 ， 鲤鱼 还因为各种非电信号 ， 鲤鱼 诸如速度 、 pork力 、 pork图像 、 pork音讯等物理量都可以

35、转换为电频率信号 ， 鲤鱼 因此关于频率信号的测量和研究显得非常重要 。 草鱼 因为频率信号的抗干扰性强 、 pork易于传输 ， 鲤鱼 可以获得较高的测量精度 ， 鲤鱼 所以在测控系统中 ， 鲤鱼 测频方法的研究越来越受到大家的重视 ， 鲤鱼 多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量 。 草鱼 用于频率测量的方法有很多 ， 鲤鱼 在进行频率测量时 ， 鲤鱼 我们主要关心的是频率所测量的范围 、 pork精度要求以及被测对象的特点 8。 草鱼 而测量所能达到的精度 ， 鲤鱼 不仅取决于所测的频率源的精度 ， 鲤鱼 而且取决于所使用的测量设备和测量方法 。 草鱼 本章主要介绍一些常用的频

36、率测量方法 。 草鱼 草鱼 2.1 草鱼 草鱼直接测频法 草鱼 直接测频法是最简单的 、 pork也是最基本的测量频率的方法 。 草鱼 其原理就是在给定的闸门信号中填入脉冲 ， 鲤鱼 并通过一定的计数线路 ， 鲤鱼 得到所填充的脉冲的个数 ， 鲤鱼 从而算出待测信号的频率或者周期 。 草鱼 其测量原理如图 2.1 所示 ： pork在测量的过程中 ， 鲤鱼 按照信号频率高低的不同 ， 鲤鱼 其测量方法分为两种 ： pork草鱼 (1)被 测信号频率较高时 草鱼 此时 ， 鲤鱼 通常选用频率较低的一个标准频率信号作为闸门信号 ， 鲤鱼 而将被测信号作为填充脉冲 ， 鲤鱼 在固定的闸门时间内对其计

37、数 。 草鱼 设闸门宽度为 T， 鲤鱼 计数值为 N 则这种测量方法的频率测量值为 ： pork草鱼 草鱼 草鱼x Nf T=草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 （ 2-1） 草鱼 测量误差主要决定于闸门时间 T 和计数器计数的数的准确度 ， 鲤鱼 因此 ， 鲤鱼 总的误差可以采用分项误差绝对值线性相加来表示 ， 鲤鱼 即 草鱼 草鱼ccxx x fDfTffDf 1 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 （ 2-2） 草鱼 其中

38、 1xTf是最大量化误差的相对值 ， 鲤鱼xTfNDN 1 ， 鲤鱼 NND 的产生是由于 草鱼 在测频时 ， 鲤鱼 闸门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系不相关造成的 ， 鲤鱼 即在相同的主门开启时间内 ， 鲤鱼 计数器所得的数不一定相同 ， 鲤鱼 当主门开启时间 T 接近甚至等于被 草鱼 测信号周期 Tx 的整数倍时 ， 鲤鱼 量化的误差最大 ， 鲤鱼 最大量化误差为 1NND =? 为标准频 草鱼 率的准确度 ， 鲤鱼 在数值上等于石英晶体振荡器所提供的标准频率的准确度 ， 鲤鱼 也是闸门时间的相对误差闸门时间 TTD 的准确度 ， 鲤鱼 即 ： pork草鱼 ccfDfTDT 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 （ 2-3） 草鱼 草鱼