【41页】毕业论文：基于FPGA的等精度频率与相位计设计.doc文档在线阅读

从年代开始，微处理机被广泛的应用于多个技术领域，多种型号的电子相位计相继投入市场，取代了以往的相位计。

但总西南科技大学本科生毕业论文的说来，我国的相位测量技术与发达国家相比尚有较大的差距，主要体现在产品品种少，配套产品少，产品测试功能单，仪器精度数字化和自动化不能满足用户需求。

目前国外提出了改进相位测量精确度的方法，包括有采用专用数字处理芯片，利用正余弦表格及傅立叶等方法来计算相位差，可大大提高测量精度。

现代相位测量技术的发展可分为三个阶段第阶段是在早期采用的诸如李沙育法阻抗法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，当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大所以这种方法比较适合测量高频信号的频率。

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，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，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高，这种方法比较适合测量频率较低的信号。

法具有以上两种方法的优点，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，可兼顾低频与高频信号，提高了测量精度。

两种方法的优点，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，可兼顾低频与高频信号，提高了测量精度。

测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高，这种方法比较适合测量频率较低的信号。

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，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，当被部分内容简介。

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。

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，当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大所以这种方法比较适合测量高频信号的频率。

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，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，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高，这种方法比较适合测量频率较低的信号。

法具有以上两种方法的优点，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，可兼顾低频与高频信号，提高了测量精度。

现代相位测量技术的发展可分为三个阶段第阶段是在早期采用的诸如李沙育法阻抗法和差法三电压法等，这些测量方法通常采用对比法和平衡法，虽然方法简单，但测量精度较低第二阶段是利用数字电路微处理器等来构成测量系统，使测量精度大大提高第三阶段是充分利用计算机及智能化测试技术，如在美国等发达国家采用了虚拟仪器构成测试系统，从而大大简化设计程度，增强功能，使得相应的产品精度更高功能更全。

同时随着各种新的算法测量手段和新的设计方法新器件的出现，相位测量技术也孕育着改进和突破的新机。

在相位测量技术方面，美国直处于领先地位，主要的研究机构及公司有公司及实验室，俄罗斯在此领域也具有较高的水平。

商品化的通用相位计的测量频段为数量级，最高频率可达相位分辨率可达相位测量范围为至，少量可达在相位准确度方面，低频为，高频为，微波为。

在国内，年代和年代是相位测量研究的黄金时代，有众多的研究所工厂和其他行业部门均进行了相位测量技术的研究并取得了定的成果。

如国家计量科学院国防科工委第二计量研究所电子部第十研究所第十四研究所等单位，它们初步奠定了我国相位测量的基础，研制出批专用和通用的相位计产品。

年，我国第台相位测量仪器型交流相位差计问世，其极限误差为。

年月，国家计量总局正式批准进行相位量值传递。

从年代开始，微处理机被广泛的应用于多个技术领域，多种型号的电子相位计相继投入市场，取代了以往的相位计。

但总西南科技大学本科生毕业论文的说来，我国的相位测量技术与发达国家相比尚有较大的差距，主要体现在产品品种少，配套产品少，产品测试功能单，仪器精度数字化和自动化不能满足用户需求。

目前国外提出了改进相位测量精确度的方法，包括有采用专用数字处理芯片，利用正余弦表格及傅立叶等方法来计算相位差，可大大提高测量精度。

采用新器件及设计方法提高相位测量的精度。

采用新的算法来进行相位测试。

总而言之，现代电子测量仪器是与智能测量技术计算机技术紧紧结合在起的，每次计算机技术和电子技术的革命都带来电子测量仪器的革命。

因此，只有不断的采用新技术和新方法，才能使相位计的测量精度不断提高。

本文主要工作及内容安排根据分析调查结果，本课题设计个基于的等精度频率与相位计。

其主要特点是利用编程，可在每步对设计进行仿真，保证每步设计都可达到要求，使成本更节约，精度更高，开发周期更短基于的数字电路设计，能充分利用其高频特性和现场编程功能以及其处理数字信号的能力，对高频被测信号达到高精度测量，这些是以往模拟器件很难做到的公司开发的软件集成了功能强大的宏模块，可以方便地进行调用，以便更快更可靠完成设计工作用实验箱的段数码管对设计结果进行显示，可以方便直观的观察设计结果。

本设计的具体工作包括深入了解法测量频率的技术，包括信号预处理在定时间对信号计数计数器数据的存储和处理以及控制信号的设置。

研究对两个信号求相位差的方法，以及通过频率和时间差求相位差的算法。

用和中集成的宏模块配合完成设计，主要是完成信号预处理和信号周期计数以及译码显示，而计算主要是利用宏模块完成。

在硬件实现中，功能选择等控制模块所需信号是通过系列开关实现的，而数据的显示是通过段数码管实现的，系统的时钟标准信号又实验箱上的晶振通过的脚引入。

在后续章节中，第二章将简要介绍频率相位测量计的基本原理方法以及各项参数的计算方法等第三章将介绍等精度频率与相位计的结构划分第四章将讨论频率相位测量计的软件实现和系统仿真第五章将对系统功能调试测试方法及结果做详细西南科技大学本科生毕业论文阐述，指出存在的问题及可能的解决方法思路。

西南科技大学本科生毕业论文第二章等精度频率相位计的基本原理频率测量的基本原理在频率测量方法中，常用的有直接测频法倍频法和综合测频法。

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的输入端，只有在闸门开通时间以计内，被测信号的脉冲送到位计数器进行计数。

设计数器的计数值为，则可得到被测信号频率。

但是由于闸门的开通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，即在低频段不能满足设计要求。

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周期测量法测量，这样就可以提高测量精度了。

直接周期测量法是用被测数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮西南科技大学本科生毕业论文表引脚功能说明续数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮数码管段驱动信号为时该段数码管被点亮为时选择到第个数码管为时选择该数码管为时选择到第二个数码管为时选择该数码管为时选择到第三个数码管为时选择该数码管为时选择到第四个数码管为时选择该数码管为时选择到第五个数码管为时选择该数码管为时选择到第六个数码管为时选择该数码管为时选择到第七个数码管为时选择该数码管为时选择到第八个数码管为时选择该数码管系统调试系统采用的标准频率是，即周期为。

在调试频率测量功能时，分别对系统输入了频率为和的信号，其显示结果见附录所示因为所设计的频率与相位计的有效量西南科技大学本科生毕业论文程范围是，所以在进行频率测量时，所有的显示结果全部都是以为单位，这样从附图中可以看出，当输入被测信号频率为时，显示结果为在附图中，输入信号的频率为，显示为，按照第二章式可以推出，测量精度可达。

下面，又随机生成了两个频率值，分别为和，把这两个信号分别输入系统得到附录中图图的显示结果，分别为和，从显示结果可以看对于频率与标准信号的频率不是整数倍的被测信号，测量系统仍然可以达到个比较满意的精度。

对于相位的测量，由于它与脉宽测量的原理和测量方法基本相同，所以不单独对脉宽测量功能进行调试了，通过测量相位差就可以知道脉宽测量的精度，在调试时，分别用锁相环生成两个，相位差分别为和的信号，显示结果见附录。

从附图可知，当相位差为时，显示为从附图可以看出，当相位差为时，显示结果为。

在测量相位时，没有直接显示测量得出的相位差，而是选择显示被测的相位差与标准信号周期的倍数，这样做的好处是，只要标准频率信号有足够的精度，尽量减少计算环节可以最大限度的提高测量精度，显示结果经检验，精度可以达到。

在调试过程中，遇到两个问题因为所用的显示方式是扫描显示，由于扫描频率过高，导致显示不清晰，在经过几次实验后，把扫描频率分频到，就可以达到清晰显示。

数码管选择和数码管驱动信号的不同步，最低位数码管显示的不是测量结果的最低位数字，这是由于当个时钟周期来的时候，测量结果是先进行分别离，然后传递给信号，驱动数码管，但在分离的同时，第个数码管已经被选择到了，这样由于延时作用，导致显示，为了解决这个问题，把数码管选择信号延时个周期，实现了正确显示。

对于占空比的测量，由于采用的宏模块中的除法器在计算时，结果是分为整数和余数分别输出的，在计算占空比时，结果应是个纯小数，所以无法得到直观的计算结果，只能从除法器输出的余数结果进行观察，在精度上存在些问题。

西南科技大学本科生毕业论文结论论文总结经过个学期的努力，在导师的指导下，本次设计任务已圆满完成。

本文结合工程需要从信号频率和相位检测的原理出发，通过查阅大量国内外文献，给出了等精度测量频率脉宽和相位的算法。

而后在分析算法结构和其中相关计算