等精度数字频率计的设计与实现
等精度数字频率计
等精度数字频率计测量方法：一、测频原理所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间变化的次数。
电子计数器是严格按照f＝N/T的定义进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时间波形如图1 所示。
从图中可以看出测量过程：输入待测信号经过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。
若闸门开启时间为T、待测信号频率为fx，在闸门时间Ｔ内计数器计数值为N，则待测频率为：fx = N/T若假设闸门时间为1s，计数器的值为1000，则待测信号频率应为1000Hz或1.000kHz，此时，测频分辨力为1Hz。
图1 测频原理框图和时间波形二、方案设计2.1总体方案设计等频率计测频范围1Hz~100MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一，故由此系统设计提供100MHz作为标准信号输入，被测信号从tclk端输入，由闸门控制模块进行自动调节测试频率的大小所需要的闸门时间，这样可以精确的测试到被测的频率，不会因闸门开启的时间快慢与被测频率信号变化快慢而影响被测频率信号导致误差过大，被测信号输入闸门控制模块后，在闸门控制模块开始工作时使encnt端口输出有效电平，encnt有效电平作用下使能标准计数模块（cnt模块）和被测计数模块（cnt模块），计数模块开始计数，直到encnt 重新回到无效电平，计数模块就将所计的数据送到下一级寄存模块，在总控制模块的作用下，将数据进行load（锁存），然后寄存器里的数据会自动将数据送到下一模块进行数据处理，最后送到数码管或者液晶显示屏（1602）进行被测信号的数据显示。
闸门、计数、寄存的总控制模块2.2理论分析采用等精度测量法，其测量原理时序如图1所示从图1中可以得到闸门时间不是固定的值，而是被测信号的整周期的倍数，即与被测信号同步，因而，不存在对被测信号计数的±1 误差，可得到：变形后可得：对上式进行微分，可得：由于 dn=± 1 ,因而可推出：从式（5）可以看出：测量误差与被测信号频率无关，从而实现了被测频带的等精度测量；增大T或提高fs可以提高测量精度；标准频率误差为dfs/fs,因为晶体的稳定度很高，再加上FPGA核心芯片里集成有PLL锁相环可对频率进一步的稳定，标准频率的误差可以进行校准，校准后的标准误差便可以忽略。
等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计（Design of equal precision digital frequency meter）作者：李欢（电子工程学院光信息科学与技术 1103班）指导教师：惠战强摘要：伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。
电子设计自动化是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。
数字频率计是一种基本的测量仪器。
它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。
采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。
本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的历史及其优点，然后介绍了频率测量的一般原理。
关键字：电子设计自动化；VHDL语言；频率测量；数字频率计AbstractThe Electronic Design Automation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuit's growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science, can be used in designing electronic product automatically.Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies.We firstly present some background information of EDA, FPGA/CPLD and VHDL;then introduced the general principle of frequency measurement. Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter.目录摘要................................................... 错误！未定义书签。
数字频率计的设计与实现
目录1. 引言 (1)2．设计任务书 (1)3. 数字频率计基本原理 (1)3.1 设计思路 (1)3.2 原理框图 (2)4. 设计步骤及实现方法 (2)4.1 信号拾取与整形 (2)4.2 计数电路 (3)4.3 锁存电路 (5)4.4 译码显示电路 (6)4.5 时钟电路及波形设计 (7)5 总体电路图及工作原理 (10)6 元器件的检测与电路调试缺点分析 (12)7 心得体会 (12)参考文献 (13)1. 引言数字频率计是一种基础测量仪器，在许多情况下，要对信号的频率进行测量，利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。
本设计项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计与调试的方法和步骤。
2．设计任务书1、设计题目：数字频率计2、设计出一个数字频率计，其技术指标如下：（ 1 ）频率测量范围： 10 ～ 9999Hz 。
（ 2 ）输入电压幅度 >300mV 。
（ 3 ）输入信号波形：任意周期信号。
（ 4 ）显示方式：4位十进制数显示。
（ 5 ）电源： 220V 、 50Hz 。
3、给定仪器设备及元器件示波器、音频信号发生器、逻辑笔、万用表、数字集成电路测试仪、直流稳压电源。
4．电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。
3. 数字频率计基本原理3.1 设计思路（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。
（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。
（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。
等精度测频法的频率计设计
摘要摘要频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。
频率计主要是由信号输入和放大电路、单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。
AT89C52单片机是频率计的控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。
利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。
在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现1Hz-1kHz的频率测量及1ms-100ms的脉宽测量，而且可以实现量程自动切换流程。
以AT89C52单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间，方便对频率计的测量。
其待测频率值使用LCD液晶显示器显示，并可以自动切换量程。
本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。
关键词：频率计,单片机,LCD液晶显示器。
I西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）I IABSTRACTABSTRACTFrequency measurement is one of the most basic measurement electronics measurement. Frequency counter is dominated by the signal input and the amplifier circuit, microcontroller module, frequency module and the display circuit module. AT89C52 microcontroller is to control the core frequency meter to complete its measured signal counting, decoding, display and control divider ratio. Use its internal timer / counter to complete the test signal frequency measurements.Throughout the design process, by making use of external parts of the frequency meter frequency to achieve frequency measurement and pulse width measurement 1ms-100ms of 1Hz-1kHz, and can realize automatic range switching processes. To AT89C52 microcontroller as the core, through the internal microcontroller timer / counter gate time, easy measurement of the frequency meter. Its measured frequency value using the LCD display, and can automatically switch range. The use of microcomputer technology to design a digital display of frequency meter, have a measurement of high accuracy, fast response, small size and so on.KEYWORDS: Frequency meter, Single chip, LCD display.III西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）I V目录目录1 绪论 (1)1.1 数字频率计简介 (1)1.2 单片机系统的研究现状 (2)1.3 频率计的研究现状 (2)1.4设计的技术要求和主要内容 (3)2 等精度频率计的原理与应用 (5)2.1 等精度频率计测量的原理 (5)2.2 脉冲宽度的测量方法 (6)2.3 等精度频率计的误差分析 (6)2.4 本章小结 (8)3 硬件电路设计 (9)3.1单片机周边电路 (9)3.2 51单片机及AT89C52介绍 (9)3.2.1 单片机简介 (9)3.2.2 AT89C52简介 (10)3.2.3 管脚说明 (11)3.2.4 AT89C52主要性能 (13)3.3 各部分电路图及电路工作原理分析 (13)3.3.1 时钟脉冲电路 (13)3.3.2 同步门逻辑控制电路 (14)3.3.3 LCD显示电路 (15)3.3.4 复位电路 (17)4 软件设计 (19)4.1 KEIL51软件简介 (19)4.2 软件的模块化设计及各部说明 (19)4.2.1 定时中断模块 (19)4.2.2 测量模块 (20)4.2.3 显示模块 (20)V西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）V I 4.2.4 软件流程图 (20)5 系统仿真与调试 (21)5.1 Proteus软件简介 (21)5.2 Proteus的电路仿真 (22)5.3误差分析 (24)总结 (27)致谢 (29)参考文献 (31)附录 (33)1 程序 (33)2 附图 (41)3 外文翻译 (44)绪论1 绪论1.1 数字频率计简介数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
数字频率计的设计与实现课程设计
课程设计任务书学生：专业班级：通信指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 数字频率计的设计与实现初始条件：本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。
用数码管显示频率计数值。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：1）设计一个频率计。
要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。
2）测量频率围：10~9999Hz。
3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。
4）测量信号幅值：0.5~5V。
5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。
6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。
时间安排：1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。
3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。
4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (3)1电路的设计思路与原理 (4)1.1电路设计方案的选择 (4)1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4)1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5)1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (6)1.1.4方案确定 (7)1.2 原理及技术指标 (8)1.3 单元电路设计及参数计算 (9)1.3.1时基电路 (9)1.3.2放大整形电路 (10)1.3.3逻辑控制电路 (11)1.3.4计数器 (13)1.3.5锁存器 (15)1.3.6译码电路 (16)2仿真结果及分析 (16)2.1仿真总图 (16)2.2单个元电路仿真图 (17)2.3测试结果 (20)3测试的数据和理论计算的比较分析 (20)4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (20)4.1故障a (20)4.2故障b (21)4.3故障c (21)4.4故障d (21)4.5故障e (22)5 心得体会 (22)6参考文献 (23)数字频率计设计摘要数字频率计是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。
数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计摘要本文论述了基于单片机的数字频率计的实现，介绍了开发频率计所需要的各种软件.详细阐明了频率计的设计步骤以及方法,通过以89C52单片机为核心，利用单片机的算术运算和控制功能并采用LED数码管将所测频率显示出来。
本频率计设计简洁，适用范围广.关键词单片机；数字频率计；计数器引言随着电子信息产业的发展，频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要.频率是电子技术领域的一个基本参数，同时也是一个非常重要的参数. 由于科学技术的不断发展提高,人们对科技产品的要求也相应的提高，数字化的电子产品越来越受到欢迎.频率计作为比较常用和实用的电子测量仪器，广泛应用于科研机构、学校、家庭等场合，因此它的重要性和普遍性勿庸质疑。
数字频率计具有体积小、携带方便，功能完善、测量精度高等优点,因此在以后的时间里，必将有着更加广阔的发展空间和应用价值。
比如将数字频率计稍作改进，就可制作成既可测频率，又能测周期、占空比、脉宽等功能的多用途数字测量仪器.将数字频率计和其他电子测量仪器结合起来,通过传感器制成各种智能仪器仪表，应用于航空航天等科研场所，对各种频率参数进行计量；应用在高端电子产品上,对其中的频率参数进行测量等等.研究数字频率计的设计和开发,有助于频率计功能的不断改进、性价比的提高和实用性的加强.国际上数字频率计的分类很多。
按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。
所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。
通用型计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。
专用计数器指专门用来测量某种单一功能的计数器。
数字频率计按频段分类(1)低速计数器:最高计数频率＜10MHz；（2）中速计数器:最高计数频率10-100MHz;（3)高速计数器：最高计数频率＞100MHz；（4)微波频率计数器：测频范围1—80GHz或更高。
1 频率计概述1.1 频率计原理频率就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。
等精度频率计
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
数 码 显 示 LED×8
P0
8
P3.0～ P3.1
P2
8
AT89C51
单片机
RET
显 示 驱 动 74LS164×8
待测信号
信号放大与
TCLK
整形电路
CPLD/FPGA BCLK 50 MHz晶 振
复位
P1.0～ P1.3
占空比
脉宽
周期
频率
电源
图13.3 等精度数字频率计电路系统原理框图
(13.4)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
可分别推得
fx
fs
Nx Ns
fxe
fs Ns
Nx Δet
根据相对误差的公式有
fxe fxe fx
fxe
fxe
(13.5) (13.6) (13.7)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
经整理可得到
f xe et f xe N s
因Δet≤1，故Δet/Ns≤1/Ns，即
1．测频/测周期的实现 (1) 令TF=0，选择等精度测频，然后在CONTRL的 CLR端加一正脉冲信号以完成测试电路状态的初始化。 (2) 由预置门控信号将CONTRL的START端置高电 平，预置门开始定时，此时由被测信号的上沿打开计 数器CNT1进行计数，同时使标准频率信号进入计数器 CNT2。
f xe
1
f xe ≤ N s
Ns=Tprfs
(13.8) (13.9)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
2．周期测量模块
(1) 直接周期测量法：用被测信号经放大整形后形成 的方波信号直接控制计数门控电路，使主门开放时间 等于信号周期Tx，时标为Ts的脉冲在主门开放时间进入 计数器。设在Tx期间计数值为N，可以根据以下公式来 算得被测信号周期：
等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计李艳秋摘要基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。
运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。
选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。
给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。
关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGAⅡABSTRACTAlong with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precisionKeywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate arrayⅡ目录目录摘要 (I)ABSTRACT··························································································I II1 绪论 (1)2 系统设计方案 (2)2.1系统设计方案的选择 (2)2.1.1 频率测量模块 (2)2.1.2 周期测量模块 (4)2.1.3 脉宽测量模块 (4)2.1.4 占空比测量模块 (4)3 系统总体设计方案 (5)4 CPLD/FPGA测频专用模块的VHDL程序设计 (6)4.1 测频模块逻辑结构 (6)4.2 各模块功能和工作步骤如下： (6)4.2.1 测频/测周期的实现 (7)4.2.2 控制部件设计 (7)4.2.3 脉冲宽度测量和占空比测量模块设计 (7)4.2.4 电路显示模块 (8)4.2.5 数码管的编码表 (10)5 单片机控制与运算程序的设计 (11)5.1 AT89C51RC单片机简介 (11)5.2 软件调试系统 (19)5.3具体试验过程 (20)5.3.1 第一次测试 (20)5.3.2 第二次计算 (22)5.4 系统调试的方法 (23)5.4.1 调试的软/硬件 (23)5.4.2 系统的仿真结果 (23)5.5 设计技巧分析 (25)5.6 系统扩展思路 (25)6 VHDL程序语言和FPGA简介 (26)6.1 vhdl程序语言介绍: (26)6.2 FPGA 简介 (28)6.3 VHDL 在FPGA中的运用 (29)攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录结论 (32)附录A：单片机程序和VHDL程序 (33)参考文献 (56)致谢 (57)IV1 绪论1 绪论测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。
(完整版)基于FPGA的等精度频率计的设计与实现毕业论文
第一章课题研究概述1.1课题研究的目的和意义在电子技术中，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。
测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。
目前常用的测频方案有三种：方案一：完全按定义式Ｆ＝Ｎ／Ｔ进行测量。
被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，晶振经分频形成时基TR。
用时基TR开闸门，累计时标ГX的个数，则有公式可得Ｆx=1/ГX=N/TR。
此方案为传统的测频方案，其测量精度将随被测信号频率的下降而降低。
方案二：对被信号的周期进行测量，再利用Ｆ＝１／Ｔ（频率＝１／周期）可得频率。
测周期时，晶振ＦR经分频形成时标ГX，被测信号经放在整形形成时基TＸ控制闸门。
闸门输出的计数脉冲Ｎ＝ГX／TR，则TX=NГX。
但当被测信号的周期较短时，会使精度大大下降。
方案三：等精度测频，按定义式Ｆ＝Ｎ／Ｔ进行测量，但闸门时间随被测信号的频率变化而变化。
如图１所示，被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，将时标ГX经编程处理后形成时基TR。
用时基TR开闸门，累计时标ГX的个数，则有公式可得Ｆx=1/ГX=N/TR。
此方案闸门时间随被测信号的频率变化而变化，其测量精度将不会随着被测信号频率的下降而降。
本次实验设计中采用的是第三种测频方案。
等精度频率计是数字电路中的一个典型应用，其总体设计方案有两种：方案一：采用数字逻辑电路制作，用IC拼凑焊接实现。
其特点是直接用现成的IC组合而成，简单方便，但由于使用的器件较多，连线复杂，体积大，功耗大，焊点和线路较多将使成品稳定度与精确度大打折扣，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。
方案二：采用可编程逻辑器件（CPLD）制作。
随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。
等精度数字频率计设计设计
等精度数字频率计设计设计东华理工大学毕业设计（论文）摘要毕业设计（论文）题目：等精度数字频率计的设计Title: Equal Precision Frequency Meter Plan毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要频率检测是电子测量领域的最基本也是最重要的测量之一。
等精度数字频率计几种设计方案的实验研究
（ 大连理工大学 电子信息与电气工程 学部 ，大连 １６ ２ ） ０ ３ １
摘要 ：研 究 了采 用不同器件 、不 同设 计方法实现等精度频率计的 ５种 设计方案。依 据等精 度频率测量 原理 ，分别针对 ５ １单 片机 、Ｃ ０ １ 片机 、Ｆ Ｇ ８ ５ Ｆ单 Ｐ Ａ与单片机 、Ｆ Ｇ Ｐ Ａ及 Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ几种 系统的等精度频 率计设计方法、特 点进行 了详细的分析 和 实验 教学研 究。以及在 此基础上扩展 实现周期测量 、占空比测量 、脉宽测 量功能的 方法。意在 引导 学生拓展 思路 ，使 等精度数
Ｍ ｕ ｔｐ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ Ｅｑ ｌＰｒ ｃ ｓｏ ｇ ｔ ｌＦｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｅ ｌｉ ｌ ｓｇ ｓ ｏ ｕａ ｅ ｉｉ ｎ Ｄｉ ｉａ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｍ ｔ ｒ
Ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｉ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｌＴｅ ｃ ｉ ｍ ｌｍ ｎ ｅ ｎ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｈ ｎｇ ａ
多 、更好 的设 计方 法 。我 们从 ２ ０ ０ ３年 引人 “ 电子 系
的几 种系统 设计 方案 ，比较 不 同系统 设计 特 点 ，可 以增 强学 生 的系统设计 概 念和优 化设 计 意识 ，通过
多种方法 、多种技术的设计分析 ，以及软硬件结合
的设 计与 实现 过程 ，可 以加强学 生综 合运 用 所学 知 识 ，提高 学生 分析 问题 和解 决 问题 的能 力 ，为学 生 实践 与创新 提 供更大 的发 挥空 间 。
ＬＮ Ｊ ｎｙｎ ，Ｇ Ｏ Ｍｉ — ａ ，Ｎ Ｕ Ｙｎ － ｎ Ｉ ｉ —ｉｇ Ａ ａ ｍｉ ａ ｏ ｏ Ｉ ｉｇ ｕ ｊ
（ ａｕｔ ｆ ｌ ｔ ｎｃｉｆｒ ａ ｏ ｎ ｌ ｔｃｌ ｎｉｅｒ ｇ ａａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈｏｏｙ ａ ａ １６ ２ ，Ｃ ｉａ Ｆ ｃｌ ｏ ｅ ｒ ｉ ｏｍ ｔ ｎａ ｄＥｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ，Ｄ ｌ ｎＵ ｉ ｓｙｏ ｃ ｎｌ ，Ｄ ｌ ｙ Ｅ ｃｏ ｎ ｉ ｃｉ ｎ ｎ ｉ ｅ ｔ Ｔ ｇ ｉ ｎ ０ ４ ｈｎ ） １
等精度频率计的实现
等精度频率计的实现频率测量在电子设计和测量领域中经常用到，因此对频率测量方法的研究在实际工程应用中具有重要意义。
常用的频率测量方法有两种：频率测量法和周期测量法。
频率测量法是在时间t 内对被测信号的脉冲数N 进行计数，然后求出单位时间内的脉冲数，即为被测信号的频率。
周期测量法是先测量出被测信号的周期T，然后根据频率f=1／T 求出被测信号的频率。
但是上述两种方法都会产生±1 个被测脉冲的误差，在实际应用中有一定的局限性。
根据测量原理，很容易发现频率测量法适合于高频信号测量，周期测量法适合于低频信号测量，但二者都不能兼顾高低频率同样精度的测量要求。
1 等精度测量原理等精度测量的一个最大特点是测量的实际门控时间不是一个固定值，而是一个与被测信号有关的值，刚好是被测信号的整数倍。
在计数允许时间内，同时对标准信号和被测信号进行计数，再通过数学公式推导得到被测信号的频率。
由于门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号产生的±l 周期误差，但是会产生对标准信号±1 周期的误差。
等精度测量原理如图1 所示。
从以上叙述的等精度的测量原理可以很容易得出如下结论：首先，被测信号频率fx 的相对误差与被测信号的频率无关；其次，增大测量时间段软件闸门或提高标频f0，可以减小相对误差，提高测量精度；最后，由于一般提供标准频率f0 的石英晶振稳定性很高，所以标准信号的相对误差很小，可忽略。
假设标准信号的频率为100 MHz，只要实际闸门时间大于或等于1s，就可使测量的最大相对误差小于或等于10-8，即精度达到1／100 MHz。
2 等精度测频的实现等精度测量的核心思想在于如何保证在实际测量门闸内被测信号为整数个。
等精度频率计设计
等精度频率计设计一、设计原理：测试频率的基本方法包括直接测频法和测周法。
其中直接测频法是产生一个标准宽度（例如1s）的时基信号，然后在这个信号时间范围内打开闸门对被测频率信号进行计数。
此方法的弱点之一是高精度的标准时基信号不容易获得；其二这种方法对于高频信号有保证，但对于低频信号由于计数周期有限测试精度较低。
测周法是用被测信号作为闸门信号、对标准脉冲信号进行计数，显然这种方法适合测量低频信号的频率。
等精度测频法的核心思想是用两个计数器分别对标准脉冲和被测脉冲在相同时间内进行计数，计数时间严格同步于被频脉冲。
这种方法的最大优点是测试的精度和被测信号的频率无关，因而可以做到等精度测量。
其测试原理所示：二、等精度测频误差分析：设在一次实际的闸门时间τ以内记得被测信号和标准信号的计数值分别为N x和N s，标准信号的频率为Fs，则被测信号的频率为：若被测信号的实际频率为Fxe ，则测量误差为：由于实际闸门完全同步于被测脉冲，因此t=N x T x(其中为被测信号的周期）。
而对T s的计数则最多相差1。
所以被测信号真实的频率可以表示为：由以上各式可以得到：误差与被测频率无关，因而称为等精度测频。
三、系统框图：四、系统组成：（1）FPGA测频电路：是测频的核心电路模块，由FPGA器件组成。
（2）单片机电路模块：用于控制FPGA的测频操作和读取测频数据，并做出相应处理。
（3）数码显示模块：用8个数码显示测试结果，并采用串行静态显示方法五、FPGA模块：顶层文件波形仿真六、单片机模块：七、心得：附录一：ＦＰＧＡ程序LIBRARY IEEE;－－D_FF程序USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY D_FF ISPORT ( CLK,D,CLR : IN STD_LOGIC;Q : OUT STD_LOGIC);END D_FF;ARCHITECTURE behav OF D_FF ISBEGINPROCESS (CLK,CLR)V ARIABLE Q1:STD_LOGIC;BEGINIF CLR='1' THEN Q1:='0';ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENQ1:=D;END IF;Q<=Q1;END PROCESS;END behav;LIBRARY IEEE;－－BZH程序USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY BZH ISPORT ( BENA,BCLK,CLR : IN STD_LOGIC;BZQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0)); END BZH;ARCHITECTURE behav OF BZH ISBEGINPROCESS (BCLK,CLR,BENA)V ARIABLE BZQ1:STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);BEGINIF CLR='1' THEN BZQ1:=(OTHERS =>'0');ELSIF BCLK'EVENT AND BCLK='1' THENIF BENA='1' THENBZQ1:=BZQ1+1;END IF;END IF;BZQ<=BZQ1;END PROCESS;END behav;LIBRARY IEEE;－－TF 程序USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY TF ISPORT ( ENA,TCLK,CLR : IN STD_LOGIC;TSQ : OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0)); END TF;ARCHITECTURE behav OF TF ISBEGINPROCESS (TCLK,CLR,ENA)V ARIABLE TSQ1:STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);BEGINIF CLR='1' THEN TSQ1:=(OTHERS =>'0');ELSIF TCLK'EVENT AND TCLK='1' THENIF ENA='1' THENTSQ1:=TSQ1+1;END IF;END IF;TSQ<=TSQ1;END PROCESS;END behav;LIBRARY IEEE;－－MUX64_8 程序USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY MUX64_8 ISPORT ( SEL : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);BZQ : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);TSQ : IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)); END MUX64_8;ARCHITECTURE behav OF MUX64_8 ISBEGINDATA <= BZQ(7 DOWNTO 0) WHEN SEL="000" ELSE BZQ(15 DOWNTO 8) WHEN SEL="001" ELSEBZQ(23 DOWNTO 16) WHEN SEL="010" ELSEBZQ(31 DOWNTO 24) WHEN SEL="011" ELSETSQ(7 DOWNTO 0) WHEN SEL="100" ELSETSQ(15 DOWNTO 8) WHEN SEL="101" ELSETSQ(23 DOWNTO 16) WHEN SEL="110" ELSETSQ(31 DOWNTO 24);END behav;附录二：单片机程序#include <reg51.h>sbit clr=P2^3;sbit cl=P2^4;sbit start=P2^5;unsigned long fx,fs=199981300,save;unsigned char code led_tab[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x01,0x00};//LED数码管显示0123456789.共阴反向送数void delay(unsigned char z);void send(unsigned char m);void display(unsigned long n);struct p2_control{unsigned sel:3;}dat;void main(){unsigned long nx=0,ns=0,input=0;while(1){cl=0;clr=0; //初始化clr=1;delay(1);clr=0; //清零cl=1;delay(2000);cl=0; //产生闸门信号clif (start!=0){for(dat.sel=0;dat.sel<8;dat.sel++){P2=dat.sel;delay(1);input=P0;switch(dat.sel){case 0 : ns=ns+input;break;case 1 : ns=ns+(input<<8);break;case 2 : ns=ns+(input<<16);break;case 3 : ns=ns+(input<<24);break;case 4 : nx=nx+(input);break;case 5 : nx=nx+(input<<8);break;case 6 : nx=nx+(input<<16);break;case 7 : nx=nx+(input<<24);break;}}}fx=(nx/ns)*fs;// while(fx==save);// save=fx;display(fx);}}void delay(unsigned char z) //1ms延迟{unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=124;y>0;y--);}void display(unsigned long n) //显示，单位为Hz {int c;for(c=0;c<8;c++) //去余辉{send(11);}send(n/10000000);n=n%10000000;send(n/1000000); n=n%1000000;send(n/100000); n=n%100000;send(n/10000); n=n%10000;send(n/1000); n=n%1000;send(n/100); n=n%100;send(n/10); n=n%10;send(n);}void send(unsigned char m) //发送位数{TI=0;SBUF=led_tab[m];while(TI==0);delay(1);}。
等精度频率计课程设计
等精度频率计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解等精度频率计的基本原理，掌握频率、周期及其相互关系。
2. 学生能够运用已学过的电子元件知识，识别并说明等精度频率计中的关键电子元件及其作用。
3. 学生能够掌握等精度频率计的测量步骤和方法，并进行简单的数据处理。
技能目标：1. 学生能够通过小组合作，动手搭建简单的等精度频率计电路。
2. 学生能够运用等精度频率计进行实验测量，准确读取并记录数据。
3. 学生能够通过实验数据分析，解决实际问题，提升解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过等精度频率计的学习，培养对物理科学的兴趣，提高探究精神和创新意识。
2. 学生在小组合作中，学会相互尊重、沟通协作，培养团队合作精神。
3. 学生通过实验认识到精确测量在实际应用中的重要性，培养严谨的科学态度和良好的实验习惯。
课程性质：本课程为电子技术及应用学科的教学内容，结合学生年级特点，注重理论知识与实践操作的相结合。
学生特点：学生处于高中阶段，具有一定的物理知识和电子元件基础，对实验操作感兴趣，但需进一步引导和培养实验技能。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生通过小组合作、实验探究等形式，提高学生的实践能力和创新能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与，使每位学生都能在课程中取得实际的学习成果。
通过课程目标的实现，为后续相关课程的学习打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要围绕等精度频率计的原理、电路搭建、测量方法及数据处理等方面展开。
1. 理论知识：- 频率、周期概念及其关系- 等精度频率计的工作原理- 关键电子元件（如晶体振荡器、计数器、时钟等）的作用2. 实践操作：- 搭建等精度频率计电路- 实验操作步骤及注意事项- 数据的采集、处理与分析3. 教学大纲：- 第一章：等精度频率计基本原理1.1 频率与周期的关系1.2 等精度频率计的工作原理- 第二章：关键电子元件2.1 晶体振荡器的特性与应用2.2 计数器与时钟的作用- 第三章：实验操作与数据处理3.1 电路搭建与调试3.2 实验步骤与注意事项3.3 数据采集、处理与分析4. 教学进度安排：- 理论知识学习：2课时- 实践操作与实验：4课时- 数据处理与分析：2课时教学内容根据课程目标进行科学组织和系统安排，确保学生能够循序渐进地掌握等精度频率计的相关知识。
数字频率计的设计与实现_毕业论文
摘要：电子信息产业的日新月异，使得信号频率的测量在科研和日常生活中扮演着越来越重要的角色。
传统的频率计大多以逻辑电路和时序电路来实现，运行速度较慢，且测量频率的范围较小。
为了避免上述弊端，本论文设计以AT89S52单片机为控制核心的数字频率计,采用直接测频法，用放大电路、整形电路、单片机和数字显示线路组成的硬件部分来实现。
该方案测频范围满足设计要求。
可测方波、正弦波、三角波，频率范围为1HZ~9999HZ。
关键词：数字频率计 AT89S52单片机测量Abstract:Electronic information industry with each passing day, make the signal frequency measurement playing a more and more important role in scientific research and daily life.Most of traditional frequency meter with logic circuits and sequential circuits to realize, so it run slower and measure the range of measuring frequency is less .In order to avoid these problems, this paper designs the AT89S52 single chip microcomputer as the core of digital frequency meter, the direct frequency measurement method is adopted, with amplifying circuit, shaping circuit and digital display circuit, single-chip computer hardware parts.The scheme frequency measuring range meet the design requirements.Measurable square wave, sine wave, triangle wave, 1 HZ ~ 9999 HZ frequency range.Key words: digital frequency meter AT89S52 single chip microcomputer measurement目录第一章绪论 (1)1.1 频率计的研究背景 (1)1.2 本课题数字频率计的研究内容 (1)第二章直接测频法与间接周期测频法 (1)2.1 数字频率计的原理 (1)2.2 方案比较与论证 (2)2.3设计思路 (3)第三章系统硬件设计 (4)3.1系统设计概述 (4)3.2主芯片模块 (4)3.3放大整形模块 (5)3.4数字显示模块 (7)3.5系统总体原理图 (10)3.6 系统复位电路 (11)第四章系统软件设计 (11)4.1 系统软件框图 (11)第五章系统调试 (13)5.1 硬件调试 (13)5.2 软件介绍 (13)5.3 软件仿真结果 (14)第六章结束语 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录 (19)第一章绪论1.1 频率计的研究背景频率是电子信息领域的一个基本且重要的参数。
等精度频率计的设计
等精度频率计的设计一、实验原理基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低，即测量精度随被测信号的频率的变化而变化，在实用中有较大局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。
设计项目可达到的指标如下：频率测试功能：测频范围0.1Hz~100Hz。
测频精度：测频全域相对误差恒为百万分之一。
脉宽测试功能：测试范围：0.1us~1s，测试精度1%~99%。
占空比测试功能：测试（显示）精度1%~99%。
相位测试功能：测试范围0~360度，测试精度0.2度。
主系统组成等精度频率计的主系统由六个部分组成：信号整形电路。
用于对待测信号进行放大和整形，以便作为PLD器件的输入信号。
测频电路。
是测频的核心模块，可以由FPGA器件担任。
100MHz的标准频率信号源（可通过PLL倍频所得）进入FPGA.。
单片机电路模块。
用于控制FPGA的测频操作和读取测频数据，并作出相应数据处理。
安排单片机的P0口读取测试数据，P2口向FPGA发控制命令。
键盘模块。
可以用5个键执行测试控制，一个是复位键，其余是命令键。
数码显示模块。
可以用7个数码管显示测试结果，最高可表示百万分之一的精度。
考虑到提高单片机IO口的利用率，降低编程复杂性，提高单片机的计算速度以及降低数码显示器对主系统的干扰，可以采用串行静态显示或液晶显示方式。
主系统组成测频原理等精度测频原理为：“预置门控信号”CL由单片机发出，可以证明，在1秒至0.1秒间的选择范围内，CL的时间宽度对测频精度几乎没有影响，在此设其T。
BZH和TF模块是两个可控的32位高速计数器，BENA和ENA分别是宽度为p它们的计算允许信号端，高电平有效。
标准频率信号从BZH 的时钟输入端BCLK 输入，设其频率为s F ；经整形后的被测信号从与BZH 相似的32位计数器TF 的时钟输入端TCLK 输入，设其真实频率值为xe F ，被测频率为x F 。
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FPGA/SOPC课程设计报告书
课题名称：等精度数字频率计的设计与实现
姓名：
学号：
院系：电子与信息工程系
专业：电子信息工程
指导教师：
时间：2012年6月
课程设计项目成绩评定表设计项目成绩评定表
课程设计报告书目录
设计报告书目录
一、设计目的 (1)
二、设计思路 (1)
三、设计过程 (1)
3.1、系统方案论证 (1)
3.2、模块电路设计 (3)
四、系统调试与结果 (4)
五、主要元器件与设备 (6)
六、课程设计体会与建议 (6)
6.1、设计体会 (6)
6.2、设计建议 (7)
七、参考文献 (7)
一、设计目的
1、熟悉DE2_70电路板的引脚安排。
2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。
3、了解面包板结构及其接线方法。
4、了解等精度数字频率计的组成及工作原理。
5、熟悉等精度数字频率计的设计与制作。
二、设计思路
1、设计测量计算频率电路。
2、设计译码显示电路。
三、设计过程
3.1、系统方案论证
等精度测频的实现方法可简化为如图1 所示的框图。
图中CNT l和CNT2 是两个可控计数器, 标准频率( fs ) 信号从CN Tl的时钟输入端CLK 输入, 经整
形后的被测信号( fx ) 从CNT 2 的时钟输入端CLK输入。
每个计数器中的CEN
输入端为使能端, 用来控制计数器计数。
当预置闸门信号为高电平( 预置时间开始) 时, 被测信号的上升沿通过D触发器的输入端, 同时启动两个计数器计数; 同样, 当预置闸门信号为低电平( 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, 使计数器停止计数。
图1 等精度数字频率计设计原理
系统硬件组成如图2：
图2频率计硬件组成图
整个硬件系统由分频器、计数器1、计数器2、D 触发器等组成, 总体结构如图2 所示。
计数器1 和计数器2 分别对标准信号和被测信号计数, D 触发器控制计数器开始计数和结束计数, 运算模块完成频率的计算。
复位主要对分频器、计数器1 和计数器2 进行清零操作计算、显示6 部分组成, 具体流程如图3 所示：
图3 等精度数字频率计流程框图
控制信号由高电平转为低电平后, 在下一个基准信号的上升沿开始, 预置闸门信号由低电平变为高电平, 这时预置闸门开启, 基准信号和被测信号并不开始计数, 而是等到被测信号的上升沿到来时才开始计数, 当基准信号完成10000 个周期后, 预置闸门关闭, 这时实际闸门并不关闭, 而是等到被测信号的下一个上升沿到来再关闭, 这样实际闸门信号时间就是被测信号周期的整数倍, 被测信号和基准信号的计数是在实际闸门时间里计数, 实际闸门关闭以后停止计数, 把计数结果送入频率计算模块得到测量的频率值, 同时根据计数的结果显示是否欠量程或者超量程, 如果测量频率在测量范围内, 则显示计算模
块得到的频率结果。
3.2、模块电路设计
1、等精度数字频率计计算测量电路如图2所示。
图4 等精度数字频率计计算测量电路
2、译码显示电路如图3所示。
图5 译码显示电路
四、系统调试与结果
1、组装等精度数字频率计电路。
2、进行引脚分配，并下载到DE2_70开发板上。
3、通过外接信号频率，或者信号源频率来检测等精度数字频率计的正确性
和误差。
使用信号源时：
接DE2_70开发板上信号源IO_B6接口（33M信号经过512分频得到的信号）
时，数码管显示如下图：
图6 接信号源IO_B6时
接DE2_70开发板上信号源IO_B4接口（33M信号128分频信号）时，数码管显示如下图：
图7 接信号源IO_B4时
使用外接TTL信号时：用信号发生器产生正玄波信号接入DE2_70板子信号发生器频率为126800HZ时，测频结果如下图。
图8 外接信号为126800HZ时
信号发生器频率为2030000HZ时，测频结果如下图。
图9 外接频率为2030000时
五、主要元器件与设备
软件QuartusⅡ和DE2_70开发板。
六、课程设计体会与建议
6.1、设计体会
通过这次对等精度数字频率计的设计与制作，让我了解用verilog HDL语言编写实际电路，也让我了解了关于等精度数字频率计的基本原理与设计理念，初步掌握了Quartus II 9.0软件的一些设计使用方法并深入了解了DEII—70的开发流程。
对一些器件的使用方法了解更深刻了，如一些器件的使能端的作用等。
主要有以下一些实验感想应该对实验原理有深刻理解。
6.2、设计建议
因为有些部分电路代码设计比较复杂，所以我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做设计的部分相关代码、原理。
这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。
七、参考文献
[1] 康华光. 电子技术基础. 高等教育出版社，1999年；
[2] 刘福奇等编. V erilog HDL 应用程序设计. 电子工业出版社，2009年；
[3] 吴继华等编. 设计与验证. 人们邮政出版社，2004年；
[4] 黄志宇等编. 基于V erilog HDL的FPGA设计基础. 人们邮政出版社，2005年；
[5] 夏宇闻. V erilog HDL数字系统设计教程[第2版]. 2008（6）。