采用等精度测频原理的频率计及设计.doc

采用等精度 2.频率测量测量范围1~9999； 3.用4位带小数点数码管显示其频率； 二．测频原理及误差分析 1.常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。 2.测频法就是在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：fx=Nx/Tw。 3.测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：fx=fs/Ns。 4.这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。 5.等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。 6.它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，测除了对被测信号计数所产生±1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。 等精度测频原理波形图 7.在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。 8.首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。 然后预置闸门关闭信号（下降沿）到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。可以看出，实际闸门时间τ与预置闸门时间τ1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期 9.设在一次实际闸门时间τ中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。 10.标准信号的频率为fs，则被测信号的频率为 11.由式（1）可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为 12.δ=(|fxc-fx|/fxe)×100% (2) 13.其中fxe为被测信号频率的准确值。 14.δ=|ΔNs|/Ns≤1/Ns=1/(τ·fs) 由上式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，即实现了整个测试频段的等精度测量。 闸门时间越长，标准频率越高，测频的相对误差就越小。 标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度。 等精度测频的实现方法可简化为下图所示的框图 三．设计步骤 CNT1和CNT2是两个可控计数器，标准频率（fs）信号从CNT1的时钟输入端CLK输入；经整形后的被测信号（fx）从CNT2的时钟输入端CLK输入。 每个计数器中的CEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。 当预置门信号为高电平（预置时间开始）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时启动两个计数器计数；同样，当预置门信号为低电平（预置时间结束）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时关闭计数器的计数。 系统组成 系统由分频器、计数器1、计数器2、D触发器等组成。 分频器出来的信号作为等精度测频原理的预置闸门信号。 其中D触发器，计数器2和计数器1的作用与前2页图中所示相同。 运算模块就是完成公式（1）的运算。 复位主要对分频、计数器1和计数器2进行清零操作。 采用等精度--文件名：PLJ.vhd。 --功能：4位显示的等精度频率计。 --最后修改日期：2004.4.14。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity PLJ is port(clk:in std_logic; --基准时钟(10KHz) tclk:in std_logic; --被测信号 start:in std_logic; --复位信号 alarm0,alarm1:out std_logic; --超量程，欠量程显示 dian:out std_logic_vector(3 downto 0); --小数点 data1:out integer range 0 to 9999); --频率数据 end PLJ; architecture behav of PLJ is signal q:integer range 0 to 9999; --预置闸门分频系数 signal q1:integer range 0 to 10000;