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等精度频率的测量设计报告

等精度频率的测量设计报告

报告人：朱伯程（074100138）周哲远（074100137）

报告摘要：本文介绍了一种同步测周期计数器的设计，并基于该计数器设计了一个高精度

的数字频率计。文中给出了计数器的VHDL编码，并对频率计的FPGA实现进行

了仿真验证，给出了测试结果。同时在分析了等精度测频在实现时存在的问题的

基础上,介绍了一种基于自适应分频法的频率测量技术,可达到简化测量电路、提

高系统可靠性、实现高精度和宽范围测量的目的

关键词：频率计VHDLFPGA周期测量等精度自适应分频

一、实验原理

1．频率测量的几种方法：

工程上测量频率和周期的方法一般可以分为无源测频法、有源比较法、电子计数器3种。

无源测频法又可分为谐振法和电桥法，常用于频率粗测，精度在1%左右。有源比较法可分

为拍频法和差频法，前者是利用信号线性叠加，产生拍频现象，通过检测零差后现象测频，

常用于低频测量，误差在零点几赫;后者是利用两个信号非线性叠加，产生差频现象，通过

检测零差现象测频，常用于高频测量，误差为士20Hz左右。可见，以上在测量范围和精度

上都难以达到要求。

电子计数器的测频原理实质上以比较法为基础，它将被测信号频率人与时基信号频率相

比，两个频率相比得到的结果以数字的形式显示出来。同时，它在测量范围和精度上都能

达到要求。

2．等精度测频基本原理

等精度频率测量技术又叫做多周期同步测量技术，它主要由被测信号计数器、参考信号

计数器、同步闸门控制器、采样时间控制器以及运算单元等组成，工作原理下图所示。

波形图解：

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根据设计任务的要求，因此我们选择用等精度测量法进行系统设计。

二、实验任务与要求

（一）任务设计一个简易等精度频率计。

（二）要求

a.测量范围信号：方波幅度：TTL电平；

频率：1Hz～1MHzb.测试误差≤0.1%（全量程）

*闸门时间：～1s，响应时间：～2s乘除运算：

单片机、FPGA、计算器计算

三、系统总体方案设计

根据测频过程的思路,可编写相应的软件。测频程序流程图下图所示：

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根据流程图与要求，本实验的需要注意的地方：

1．计数器的位数。由于要测量的频率范围为1Hz~1MHz。所以可以设置计数器位数为20

位。对于基准信号的频率，选用1MHz的标准脉冲信号。

2．分频器。首先要进行2分频。（供粗测使用）。再进行任意分频，供精测使用。

3．锁码器。为的是稳定计数器的最后数据。

4．在第一次计数完成之后，要能自动对计数器进行清零。

四、系统子模块实现及仿真结果

1、首先进行分频.这里要用到自己定制的分频器

它的VHDL代码如下：

LIBRARYieee;

USEieee.std_logic_1164.all;

useieee.std_logic_unsigned.all;

ENTITYfsdIS

PORT

(clock:INSTD_LOGIC;

fsd_num:instd_logic_vector(19downto0);--输入要分频的数字，比如要8分频，

只要输入相应的二进制就可以了。

div_out:outstd_logic);

ENDfsd;

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ARCHITECTUREbhvOFfsdIS

BEGIN

PROCESS(clock)

VARIABLEcout:INTE