频率计(电子科技大学)教程.ppt

现代电子技术综合实验 课程简况： 课程地位：必修课（40学时） 课程内容：基于FPGA的数字系统设计 成绩构成： 作品+提问+设计报告 50% 考试 50% 实验项目：数字频率计的设计 指标： 1、被测输入信号：方波 2、测试频率范围为：10Hz～100MHz 3、量程分为三档：第一档：闸门时间为1S时，最大读数为999.999KHz 第二档：闸门时间为0.1S时，最大读数为9999.99KHz 第三档：闸门时间为0.01S时，最大读数为99999.9KHz 4、显示工作方式：a、用六位BCD七段数码管显示读数。 b、采用记忆显示方法 c、实现对高位无意义零的消隐。 实验项目：数字频率计的设计 实验项目：数字频率计的设计  频率的概念 频率测量方法 频率测量方法 设计方框图 模块设计 模块设计 闸门选择器 模块设计 测频控制器 模块设计 频率计数器 设计方框图 模块设计 显示控制 显示控制电路组成： 数码管 * * 实验项目：数字频率计的设计 要求 (1) 设计出符合设计要求的解决方案 (2) 设计出单元电路 (3) 利用EDA软件对各单元电路及整体电路进行仿真 (4) 在开发板上实现设计 (5) 撰写设计报告 所需知识 数字频率计的基本原理 ISE软件的使用（设计输入、仿真、实现） VHDL的使用 可编程逻辑器件（FPGA）的一般情况 实验项目：数字频率计的设计 参考资料 各类数字电路教材、可编程逻辑器件设计教材、EDA教材、VHDL教材 Xilinx公司的可编程逻辑器件手册、ISE软件的使用手册、开发板的布局布线资料 教材 《FPGA应用实验教程》陈学英 李颖编著 ，国防工业出版社 频率的概念 频率测量方法 设计方框图 模块设计 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间(1秒)内变化的次数。若在一定的时间间隔T内计数，计得某周期性信号的重复变化次数为N，则该信号的频率可表达为： f = N / T 直接测量法 被测信号输入 闸门 计数器 放大整形 时基信号发生器 门控电路 ② ① ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ T 直接测量法误差 其中 称为±1误差 称为标准频率误差 周期测量法 分频或倍频 TC 周期测量法误差 其中 称为±1误差 称为标准频率误差 被测信号输入 闸门 计数器 放大整形 门控电路 石英 振荡器 锁存器 分频器 闸门 选择 扫描显示 控制子系统 (包括显示译码 和扫描控制) 闸门选择开关 Gate Over 被测 频率 显示 GATE CLEAR LATCH 分频器的功能是产生所需闸门控制信号及扫描时钟信号 提供的标准信号是48MHz 输出四个信号1Hz，10Hz， 100Hz，1KHz 分频器 基于计数器方法实现 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 clkin clkout 10个 主要语句： if clkinevent and clkin = 1 then if cnt = 5 then cnt = 1; clkout =not clkout; else cnt = cnt + 1; end if; end if; 分频器实现原理 例 实现对输入的几个闸门信号的手动选择 输出被选中的闸门信号以及小数点的控制信号DP1，DP2，DP3 主要语句示例： if se1 = 1 and se10 = ‘0’ and se100= ‘0’ then fref = f1hz; dp1= 0; dp2= ‘1; dp1= ‘1; 控制整个频率计各模块的工作时序 产生闸门信号Gate，锁存信号Latch以及清零信号Reset 主要语句示例： if rising_edge(Bsignal) then G1=not G1; end if; if falling_edge(bsignal) then