基于FPGA数字频率计设计开题.doc

1、 1 草鱼 草鱼 毕业设计（论文）开题报告 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼基于 FPGA 数字频率计设计 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 系 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼部 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 专 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼业 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 学生姓名 ： pork 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 指导教师 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草

2、鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 开题时间 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼2008 草鱼年 草鱼3 草鱼月 草鱼 草鱼 草鱼日 草鱼 2 毕业设计（论文）课题的意义 、 pork国内外现状及发展趋势 (可加附页 )草鱼 课题的意义 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 近年来 ,在现代电子系统设计领域中 ,电子设计自动化已成为重要的设计手段 。 草鱼 简单的搭建电路已经不适应大规模电路设计要求 。 草鱼 EDA 的可编写程序设计硬件电路设计 ， 鲤鱼 可重复下载的优势非常明显 。 草鱼 这样做既可节省时 间又能避免不必要的资源浪费 。 草鱼 数字频率计的设计 ,其功能是实现信号的频率 、 pork周

3、期 、 pork占空比以及脉宽等指标的测量 ， 鲤鱼 在电子测量 、 pork航海 、 pork探测 、 pork军事等众多领域的应用范围广泛 。 草鱼草鱼 草鱼 （ 2）国内外现状及发展趋势 草鱼 草鱼 数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器 ， 鲤鱼 被测信号可以是正弦波 ， 鲤鱼 方波或其它周期性变化的信号 。 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 草鱼 因此 ， 鲤鱼 数字频率计 是 应用很广泛的 。 草鱼草鱼 目前国内北京普源精电科技有限公司 推出了更具普及性的

4、DG1000 系列函数 /任意波形发生器 。 草鱼 DG1000 使用直接数字合成 （ DDS） 技术 ， 鲤鱼 可输出用户自定义的任意波形 ，鲤鱼 拥有丰富的输入输出 ， 鲤鱼 以及高精度 、 pork宽频带频率计 ， 鲤鱼 频率范围 100MHz 到200MHz， 鲤鱼 频率分辨率达到 6 位 /秒 。 草鱼 该款产品各项技术指标均领先于市场同级别产品 ， 鲤鱼 更以其高性价比受到了市场的广泛关注 。 草鱼 这一产品的推出 ， 鲤鱼 标志着国内信号源研发水平达到了又一新的里程碑 。 草鱼草鱼 国际上数字频率计研究 和发展比较早 ， 鲤鱼 精测公司生产数字示波器 ,电源 ,电桥 ,专业提供音

5、频和视频方面的测试仪器 ,产品性能稳定 ， 鲤鱼 采样和处理数据的能力较强 ， 鲤鱼 代理的国外品牌有日本建伍(CS4125,CO1305,CS4135A,SG5150,VA2230A), 草鱼 日本 营电 数 字电 视 调制 器(3513B,3524,4409A,3116A), 日本目黑 ( 信 号 发 生 器 失 真 仪 ), 美 国FLUKE(PM5418,PM54200,PM6303,PM6304/PM6306, 草鱼 F123/F124/ 草鱼 草鱼F87-5/F1508/F8845/F8846)。 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

6、草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 3 二 、 pork课题预期目标及主要工作（设计思想 、 pork拟采用的方法及手段） 草鱼 本课题预期目标 草鱼 草鱼 了解数字频率计的基本原理 ， 鲤鱼 深入分析 原理的基础上 ， 鲤鱼 进行硬件建模 。 草鱼 之后进行 VHDL 代码的编写 。 草鱼 最终 实现对 0.1HZ-50MHZ 信号 的等精度测量 。 草鱼 完成 信号为方波 ， 鲤鱼 正弦波 ， 鲤鱼 幅度为 0.5-5V,脉冲宽度不小于 100us,测量误差不大于 1%的基于 FPGA 数字频率计设计 。 草鱼草鱼 草鱼 主要工作 草鱼 草鱼 频率的测量实际上就是在 1S 时间内对信 号进行计数 ，

7、鲤鱼 计数值是信号率 。 草鱼 用单片机设计频率计通常采用两种办法 :草鱼 1）使用FPGA 自带的计数器对输入脉冲进行计数 ， 鲤鱼 或者测量信号的周期 ； pork草鱼 2） FPGA 外部使用计数器对脉冲信号进行计数 ， 鲤鱼 计数值再由单片机读取 。 草鱼草鱼 由于 FPGA 自带计数器输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一 ， 鲤鱼 因此采用 FPGA 的计数器直接测量信号频率就受到了很大的限制 。 草鱼 在频率测量方法中 ,常用的有直接测频法 、 pork倍频法和等精度测频法 。 草鱼 这三种方案各有利弊 ,其中直接测频法是依据频率的含义把被测频率信号加到闸门

8、的输入端 ,只有在闸门开通时间T 草鱼 (以 1 草鱼 s计 )内 ,被测 (计数 )的脉冲送到十进制计数器进行计数 。 草鱼 设计数器的计数值为 N,则可得到被测信号频率为 f 草鱼 =N。 草鱼 但是由于闸门的开通 、 pork关闭的时间与被测频率信号的跳变难以同步 ,因此采用此测量方法在低频段的相对测量误差可能达到 50% 草鱼 ,即在低频段不能满足设计要求 。 草鱼 但根据三个方案的分析 ,直接测频法比其他两个方案更加简单方便可行 ,直接测频法虽然 在低频段测量时误差较大 ,但在低频段我们可以采用直接测周法测量 ,这样就可以提高测量精度了 。 草鱼草鱼 等精度频率测量方案原理 ： po

9、rk草鱼 等精度数字频率计涉及到的计算包括加 、 pork减 、 pork乘 、 pork除 ,消耗的资源比较大 ,用一般的 FPGA芯片难以实现 . 草鱼 因此 ,其核心有 2个锁相环 ,可以在高速运行的时候保证系统时钟信号的稳定性 .草鱼 传统的测频原理是在一定的时间间隔内测某个周期信号的重复变化次数 N， 鲤鱼 其频率可表示为 f=N/T， 鲤鱼 其原理框图见图 1.1。草鱼 这种测量方式的精度随被测信号频率的变化而变化 。 草 鱼 草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 图 1.1 传 统 测 频 原 理 图 草鱼 该 课 题 测 频 原 理 电 路 图 如

10、图 1.2 所示 ： pork 草鱼脉冲形成电路 闸门电路 计数译码器 门控电路 时基信号发生器 4 图 1.2 等精度测频原理图 草鱼 当方波预置门控信号由低变为高电平时 ， 鲤鱼 经整形后的被测信号上升沿启动 D触发器 ， 鲤鱼 由 D触发器的 R端同时启动可控计数器 CNT1 和 CNT2同时计数 ， 鲤鱼 当预置门为低电平时 ， 鲤鱼 随后而至的被测信号使可控计数器同时关闭 。 草鱼设 FX 为整形后的被测信号 ， 鲤鱼 FS 为基准频率信号 ， 鲤鱼 若在一次预置门高电平脉宽时间内被测信号计数值为 Nx,基准频率计数值为 Ns， 鲤鱼 则有 :FX= 草鱼 (FS 草鱼 /Ns) 草

11、鱼 Nx草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼等精度数字频率计涉及到的计算包括加 、 pork减 、 pork乘 、 pork除 ， 鲤鱼 耗用的资源比较大 ， 鲤鱼 用一般中小规模 FPGA 芯片难以实现 。 草鱼 因此 ， 鲤鱼 我们选择 FPGA 和 VHDL 语言相结合来实现 。 草鱼草鱼 电路系统原理框图如图 1.3 所示 ， 鲤鱼 其中 FPGA 完成整个测量电路的测试 、 pork控制 、 pork数据处 理和显示输出 FPGA 完成各种测试功能 ;pork键盘控制命令通过一片74LS165 并入串 出移位寄存器读入 FPGA， 鲤鱼 实现测频 、 pork测脉宽及测占空比等功能 ，

12、鲤鱼 从 FPGA 读回计数数据并进行运算 ， 鲤鱼 向显示电路输出测量结果 ;pork显示 器 电路采用七段 LED 动 态 显 示 ， 鲤鱼 由 8 个芯片 74LS164 分 别 驱 动 数 码 管 。 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 图 1.3系统顶层框图 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 系统的基本工作方式如下 :草鱼 1） PO预置 门控电路 D Q 标准频率信号 被测信号 清零信号 CLKEN CLK CNT1 OUT1 CLR CLKEN CLK CNT2 OUT2 CLR

13、电源部分 显示电路 键盘输入 时钟电路 F P G A 50MHZ 标准频率 被测信号整形电路 自校输入 5 口是单片机与 FPGA 的数据传送通信口 ， 鲤鱼 P1 口用于键盘扫描 ， 鲤鱼 实现各测试功能的转换 ;porkP2 口为双向控制口 。 草鱼 P3 口为 LED 的串行显示控制口 。 草鱼 系统设置 5 个功能键 :占空比 、 pork脉宽 、 pork周期 、 pork频率和复位 。 草鱼 草鱼 2）显示电路由 8 个数码管组成 :7 个 LED 数码管组成测量数据显示器 ， 鲤鱼 另一个独立的数码管用于状态显示 。 草鱼 草鱼 3）测频标准频率 50MHz信号由晶体振荡源电路

14、提供 。 草鱼 草鱼 4）待测信号经放大整形后输入 FPGA 的TCLK.草鱼 测频 /测周期的实现 ： pork草鱼 1)令 TF=O,选择等精度测频 ， 鲤鱼 然后在 CONTRL 的CLR 端加一正脉冲信号以完成测试电路状态的初始化 .草鱼 2)由预置门控信号将CONTRL 的 START 端置高电平 ， 鲤鱼 预置门开始定时 ， 鲤鱼 此时由被测信号的上沿打开计数器 CNT1 进行计数 ， 鲤鱼 同时使标准频率信号进入计数器 CNT2.草鱼 3）预置门定时结束信号把 CONTRL 的 START 端置为低电平 (由单片机来完成 )， 鲤鱼 在被测信号的下一个脉冲的上沿到来时 ， 鲤鱼

15、CNT1 停止 计数 ， 鲤鱼 同时关断 CNT2 对 fs 的计数 。 草鱼 草鱼 4)计数结束后 ， 鲤鱼 CONTRL 的 EEND 端将输出低电平来指示测量计数结束 ， 鲤鱼 单片机得到此信号后 ， 鲤鱼 即可利用 ADRC(P 草鱼 2.2) 草鱼 , 草鱼 A 草鱼 DRB(P 草鱼 2.1) 草鱼 , 草鱼 A 草鱼 DRA(P 草鱼 2.0) 草鱼 分别读回CNT1 和 CNT2 的计数值 ， 鲤鱼 并根据等精度测量公式进行运算 ， 鲤鱼 计算出被测信号的频率或周期值 。 草鱼草鱼 测量脉冲宽度的工作步骤如下 :草鱼 1）向 CONTRL2 的 CLR 端送一个脉冲以便进行电路

16、的工作状态初始化 。 草鱼 草鱼 2）将 GATE 的 CNL 端置高电平 ， 鲤鱼 表示开始脉冲宽度测量 ， 鲤鱼 这时 CNT2 的输入信号为 FSD.草鱼 3）在被测脉冲的上沿到来时 ，鲤鱼 CONTRL2 的 PUL 端输出高电平 ， 鲤鱼 标准频率信号进入计数器 CNT2.草鱼 4）在被测脉冲的下沿到来时 ， 鲤鱼 CONTRL2 的 PUL 端输出低电平 ， 鲤鱼 计数器 CNT2 被关断 。 草鱼 草鱼 5）由单片机读出计数器 CNT2 的结果 ， 鲤鱼 并通过上述测量原理公式计算出脉冲宽度 .CONTRL2 子模块的主要特点是 :电路的设计保证了只有 CONTRL2 被初始化后

17、才能工作 ， 鲤鱼 否则 PUL 输出始终为零 。 草鱼草鱼 只有在先检测到上沿后 PUL 才为高电平 ，鲤鱼 然后在检测到下沿时 ， 鲤鱼 PUL 输出为低电平 ;porkENDD 输出高电平以便通知单片机测量计数已经结束 :如果先检测到下沿 ， 鲤鱼 PUL 并无变化 ;pork在检测到上沿并紧接一个下沿后 ， 鲤鱼 CONTRL2 不再发生变化直到下一个初始化信号到来 .占空比的测量方法是通过测量脉冲宽度记录 CNT2 的计数值 N1， 鲤鱼 然后将输入信号反相 ， 鲤鱼 再测量脉冲宽度 ，鲤鱼 测得 CNT2 计数值 N2 则可以计算出 :草鱼 占空比 = 草鱼 N1/（ N1+N2）

18、 X 草鱼 100 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 三 、 pork预计设计过程中可能遇到的问题以及解决的方法和措施草鱼 可能遇到的问题 ： pork草鱼 1）在接受信号脉冲时 ， 鲤鱼 有效脉冲不能使电路处于初始化 草鱼 2）在低频率时候 ， 鲤鱼 脉冲会有衰减 ， 鲤鱼 使得测量不能够正常记数 草鱼 3）单片机程序和 FPGA语言程序无法完美结合 草鱼 解决方法 ： pork草鱼 1）检查电路 ， 鲤鱼 并且及时调整输入脉冲 草鱼 2）可以采用直接测量频率的方法 草鱼 3）通过继续学习 FPGA

19、语言 ， 鲤 鱼 使之能够与其他的程序达到完美结合 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 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 四 、 p ork进度安排 顺序 阶段日期 计 草鱼 划 草鱼 完 草鱼 成 草鱼 内 草鱼 容 备注 1 2008.3.17 至2008.3.30 查询与课题相关信息及资料 2 2008.4.1 至2008.4.15 完成开题报告的书写 3 2008.4.16 至2008.4.30 整理课题相关信息构建论文支架 4 2008.5.6

20、至2008.5.9 硬件语言编写电路 6 5 2008.5.10 至2008.5.25 系统仿真 6 2008.5.26 至2008.6.5 写入芯片进行检测 7 2008.6.6 至2008.6.18 完成论文书写 8 2008.6.1 至2008.6.27 论文答辩 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 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 五 、 pork参考文献 草鱼 1徐辉 ,王祖强 ,王照君 .基于高速串行 BCD 码除法的数字频率计的设计 . 草鱼 电子技术应用 , 草鱼

21、 2002, 草鱼 31(09) 草鱼 : 草鱼 61 67 草鱼 草鱼 2徐成 ,刘彦 ,李仁发 ,等 .一种全同步数字频率测 量方法的研究 .电子技术应用 , 草鱼 2004, 草鱼 38 草鱼 (12) 草鱼 : 草鱼 43 草鱼 草鱼 3侯伯亨 ,顾新 .VHDL 草鱼 硬件描述语言与数字逻辑电 路设计 (第 3 版 ) 草鱼 .西安 : 草鱼 西安电子科技大学出版社 ,1999 草鱼 草鱼 4谭会生 ,张 昌凡 .EDA 技术及应用 .西安 : 草鱼 西安电 子科技大学出版社 , 草鱼 2001草鱼 草鱼 5魏忠 ,蔡勇 ,雷红卫 .嵌入式开发详解 .电子工业出版社 草鱼 6周如辉

22、.实时视频处理系统中乒乓存储控制器的设计 J.电子元器件应用 ,2006(4):66-68.草鱼 7马忠梅 .单片机的 C 语言应用程序设 计 .北京航空航天大学出版社 .草鱼 8宋万杰 ,罗丰 ,吴顺君 .CPLD 技术极其应用 .西安电子科技大学出版社 .草鱼 9常青 ,陈辉煌 .可编程专用集成电路及其应用与设计实践 .国防工业出版社 .草鱼 10王金明 ,杨吉斌 .数字系统设计与 VHDLM.北京 :电子工业出版社 ,2002,1.草鱼 11林明权 .VHDL 数字控制系统设计范例 M.电子工业出版社 ,2003.草鱼12张凌 .VHDL 草鱼 语言在 FPGA/CPLD 开发中的应用

23、.电子工程师 ,2002.草鱼 13任晓东 ,文博 .CPLD/FPGA 高级 应用开发指南 .电子工业出版社 草鱼 14来金梅 . 草鱼 FPGA 现状及其发展趋势 M. 草鱼 复旦大学 FPGA 培训教程 .2005.草鱼 草鱼 15 草鱼 姜雪松 ,张海风 . 草鱼 可编程逻辑器件和 EDA 设计技术 M， 鲤鱼 草鱼 北京 ： pork机械工业出版社 , 草鱼 2005.9草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 六 、 pork指导教师意见 草鱼 草鱼 草鱼 指导教师签名 ： pork 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 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 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼