毕业论文：基于FPGA的等进度数字频率计设计方案.docx文档43页在线阅读

在工程测量中不少物理量的测量，如时间测量，速度测量，速度控制等，都涉及到频率测量。

频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测量精度，所以测量频率误差较大。

电路的应用，生产力得到了大幅度的发展，以大规模集成电路为主的各种设备成了当今社会最常用的设备。

频率计在电子工程，资源勘探发挥着巨大作用，有条不紊地工作着，高效率地支配着系统的运行，是工程技术人员必不可少的测量工具。

频率计最重要的功能是根据基准时钟信号实现对被测信号的频率进行检测。

由此而延伸的频率测量是电子测量领域里的项重要内容。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率电子测量领域里的项重要内容。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低频率计最重要的功能是根据基准时钟信号实现对被测信号的频率进行检测。

源勘探发挥着巨大作用，有条不紊地工作着，高效率地支配着系统的运行，是工程技术人员必不可少的测量工具。

部分内容简介同时，科技公司还推出微波频率计频率测量范围最高可达。

课题来源目的和意义随着科学技术的发展，高精度集成电路的应用，生产力得到了大幅度的发展，以大规模集成电路为主的各种设备成了当今社会最常用的设备。

频率计在电子工程，资源勘探发挥着巨大作用，有条不紊地工作着，高效率地支配着系统的运行，是工程技术人员必不可少的测量工具。

频率计最重要的功能是根据基准时钟信号实现对被测信号的频率进行检测。

由此而延伸的频率测量是电子测量领域里的项重要内容。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。

频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。

正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。

频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。

在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

频率计又称为频率计数器，是种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。

其最基本的工作原理为当被测信号在特定时间段内的周期个数为时，则被测信号的频率。

频率计主要由四个部分构成时基电路输入电路计数显示电路以及控制电路。

在个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大整形微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的个输入端。

主门的另外个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。

在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

在工程测量中不少物理量的测量，如时间测量，速度测量，速度控制等，都涉及到频率测量。

频率信号抗干扰性强，易于传输，可以获得较高的测量精度，所以测量频率的方法的研究越来越受的重视。

随着科技发展，人们对频率测量的进度要求越来越高，在此基础上的等精度频率计具有相当重要的意义。

而常用的的直接测频方法在实用中有较大的局限性，其测量精度随着被测信号的频率改变，测量的精度也改变，而且对被测信号的计数要产生个数字误差，而等精度频率计不但具有较高的测频精度，不随所测信号的变化而变化，在整个测频区域能保持恒定的测频精度。

本文结构本文主要内容如下第章中，介绍等精度频率测量的理论基础和设计方案。

第章中，设计。

开发板，集成开发环境介绍，频率计总体，计数器模块，除法器模块设计过程，并且给出它们的仿真结果。

第章中，显示及信号的整形设计。

介绍了单片机，数码管，等相关硬件介绍。

并且给出了动态显示的软硬件设计方案和信号整形设计方案。

第章中，总体设计验证。

通过把设计下载到开发板上，并实际用于频率测量，从而发现设计的不足和之处并加以改正。

第章主要研究内容引言本章主要介绍数字频率计的相关计数指标，传统的频率测量方法和等精度测量方法，并且对等精度测量方法进行误差分析，从而与传统频率测量方法对比，得到等精度测量方法的优势所在。

并且从总体上介绍了设计方案的流程。

数字频率计主要技术指标频率准确度般用相对误差来表示，即式中，为量化误差即个字误差，是数字仪器所特有的误差，当闸门时间选定后，越低，量化误差越大为闸门时间相对误差，主要有时基电路标准频率的准确度决定，。

频率测量范围在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围，频率测量范围主要有放大整形电路的频率响应决定的。

数字显示位数频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。

位数越多，分辨率越高。

测量时间频率计完成次测量所需要的时间，包括准备计数运算锁存和复位时间。

常用直接测频的方法计数法这是指在定的时间间隔内，对输人的周期信号脉冲计数为，则信号的频率为。

这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，则相对误差越小。

测周法这种方计量在被测信号个周期内频率为的标准信号的脉冲数来测量频率，。

被测信号的周期越长频率越低，则测得的标准信号的脉冲数越大，则相对误差越小。

但这两种方法分别适合高频和低频，在整个测量域内测量精度不同，因此要求等精度的话，要求在此基础上进行改进。

等精度频率测量算法传统的测频方法有直接测频法和测周法，在定的闸门时间内计数，门控信号和被测信号不同步，计数值会产生个脉冲的误差。

等精度测频法采用门控信号和被测信号同步，消除对被测信号计数产生的个脉冲的误差。

等精度频率测量方法消除了量化误差，可以在整个测试频段内保持高精度不变，其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化。

利用强大的逻辑处理功能使被测信号和标准信号在闸门时间内同步测量，为了提高精度，将电子计数功能转为测周期，采用多周期同步测量技术，实现等精度测量。

在测量过程中分别对被测信号和标准信号同时计数。

测量更亮，器电阻参数选择和设计如图所示。

图三极管电流放大电路信号整形模块是有施密特除法器的反相器，实现的逻辑非得功能，其封装引脚图如图所示。

当输入的信号不是逻辑量而是模拟信号时，信号通过施密特除法器进行整形，既可变成方波，并且被整形的方波周期和占空比等都是不变的。

实验得，用个施密特除法器进行波的整形时，所得到的方波并不理想不能被准确测量，连续用三个施密特除法器组合使用时，得到比较理想的方波信号，可以被准确测量。

利用进行波的整形时优点是免去了复杂的外部电路，使得总体电路变得清晰明了。

图封装图本章小结本章主要介绍了显示部分的单片机程序设计和硬件电路设计，并且介绍了利用进行波的整形。

在于进行连接前，编写简单的显示验证程序写入单片机，灯正常显示。

并利用示波器对所整形的波形进行观察，得到较为理想的方波，其中各个芯片的电源和均由开发板引出。

结果证明此硬件电路板设计可靠。

第章总体设计验证本章主要介绍硬件调验证，通过验证找到并发现设计制作的不足，并加以改进。

调节信号发生器，发出三角波，峰峰值为，加上直流电平，使得信号大于。

分别发出级和级的的信号。

通过探针输入到的个输入端，经过集成的三个施密特除法器，输出到的被测量信号端口。

如图，所示。

图实验验证从图看出，信号发生器发出信号的频率是，测得的频是。

图实验验证二从图看出，信号发生器发出信号的频率是，测得的频率是。

调试验证过程中出现的问题和改进方案问题连线没有，但单片机上电时却没能正确显示。

解决方案通过万用表检测，发现个别段选信号电平不正确，是由于些管脚松动造成的，补些焊锡得以解决。

问题二测量得出个随机数。

解决方案当输入的被测信号不是较为理想的方波时，便会产生此现象。

起初利用个施密特触发器，通过示波器检测，发现所得方波并不理想，通过连续使用三个上集成的施密特触发器才得到较为理想的方波。

问题三灯亮度不够解决方案限流电阻过大，减小限流电阻参数值。

结论能够实现从，的频率测，基本完成课题要求。

计数器设计在使用软件输入语言进行逻辑功能描述，在语言中许多语句例如语句块，语句块，延时语句，等许多语句是不能被综合的，在编写源程序是并不会出现语法，而且在综合前仿真，仿真出的时序逻辑图都是非常理想的，但综合后仿真，这出现了逻辑混乱。

因此每个模块都需要通过时钟来控制实现所要求的逻辑功能。

除法器设计即现场可编程逻辑门阵列，有着强大的逻辑处理功能，然而对于数据运算处理却比较弱，除法同样也是不能被综合器综合的，因此要编写源程序实现除法运算。

此除法器利用的是最基本的除法算法，即利用减法来做除法运算。

优点是算法原理简单容易用编程实现，但缺点运算效率低。

整形电路试着通过用语言来编写过零比较器，直接用来做信号整形，但由于的口输入输出的都是逻辑高低电平，而不能识别模拟输入信号，因此在做信号整形时必须先通过转换，因此增加了电路的复杂性。

所以后来选择集成施密特触发器的反相器来做信号整形。

显示电路方案通过用语言直接编写动态显示程序来控制数码管的显示。

方案二与单片机相连，利用单片来控制数码管进行动态显示。

方案实现简单，无需任何外部硬件电路，只需编写程序下载到进行显示。

方案二实现相对复杂，因为需要焊接外部电路，还需单片机编程，更重要的是要实现单片机与之间实现通信。

在此次设计过程中由于经验不足，所以总体设计还有些瑕疵。

在测频过程中只能测出和的整数倍，不能测出小数。

原因出现在计数之后的数据处理部分，使用编写的除法器做除法