等精度频率测量技巧.doc

数字系统设计实践 设计报告 实验名称 等精度频率测量技术 班 级 通信112 学生姓名 周焕强 学 号 116040268 指导教师 应祥岳 完成日期 2013-05-08 摘要 频率计的主要功能是准确测量出待测频率的频率、周期、脉宽及占空比。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。有种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是周期测频法 关键词：频率、周期、十进制显示、等精度 目录 一、设计任务 1 二、设计要求 1 三、系统方案 1 3.1 分频器模块 1 3.2 同步电路模块 1 3.3 门控闸门计数模块 1 3.4 运算模块 1 3.5 进制转化模块 1 3.6 输出控制模块 2 四、系统理论分析与计算 2 4.1 理论分析 2 4.2 理论计算 3 五、电路与程序设计 3 5.1电路的设计 3 5.1.1频率计顶层图形设计 3 5.1.2系统电路原理图 4 5.2程序的设计 5 5.2.1分频器模块的vhdl设计 6 5.2.2同步电路模块的vhdl设计 7 5.2.3进制转化模块的设计 7 5.2.4输出控制模块的VHDL设计 9 六、测试方案与测试结果 10 6.1测试方案 10 6.1.1软件测试 10 6.1.2硬件测试 10 6.2测试结果与分析 11 6.2.1.测试结果 11 6.2.2.测试分析与结论 12 设计任务 设计一个简易等精度频率计。 设计要求 A、测量范围 信号：方波 幅度： TTL电平； 频率：1Hz～1MHz B、测试误差≤0.1%（全量程） C、闸门时间：～1s， 响应时间：～2s 乘除运算： FPGA 计算：时钟频率 显示：十进制（七个数码管显示，小数部分和整数部分按键切换） 三、系统方案 3.1分频器模块 由系统时钟CLK1作为时钟脉冲，仿照单片机的延时电路和计数器，Tc=1/10000s，跳10K下控制输出翻转一下，从而产生脉宽为1s的门控信号。 3.2 同步电路模块 利用一个D触发器产生同步的闸门脉冲信号 3.3 门控闸门计数模块 利用计数器分别求出在1s的门控信号内被测信号fx与系统时钟fc所经过的个数Nx和Nc，等将数据存入寄存器后，再送到运算模块里。 3.4 运算模块 Fx=Nx*fc/Nc，先将Nc*10K，然后放大1000倍，将小数部分升为整数部分，保证计算的精度。 3.5 进制转化模块 用10个除法器对输出频率进行转码，f经过一个除法器之后，余数作为10进制数M的第一位，商输入第二个除法器，依次类推，总共用到10个除法器。 3.6 输出控制模块 通过一个使能端，控制输出整数还是小数，显示在数码管上。 四、系统理论分析与计算 波形图 4.2 理论计算 被测频率： 测量误差：考虑最大误差为1，则 由实验要求测试误差≤0.1%（全量程）则可知≥=1000，由于阈值闸门时间为1s，所以时钟发生器频率fo≥1000Hz，为使测量误差尽量小实验中取fo=10KHz，实验中待测信号和时钟信号分别采用实验箱中CLK1时钟。 五、电路与程序设计 5.1.2系统电路原理图 (1)输入模块 (2)同步计数模块 （3）运算模块 （4）进制转化输出模块 （5）总电路图 5.2 程序的设计 5.2.1分频器模块的vhdl设计 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity zhamen is port(clr,cp:in std_logic; p:out std_logic); end zhamen; architecture a of zhamen is signal count:integer range 0 to 10000; signal temp:std_logic; begin process(clr,cp) begin if clr=1then count=0;temp=0; elsif cpevent and cp=1then if