基于FPGA的频率计设计
基于FPGA的数字频率计实验报告(能测占空比)
基于FPGA的数字频率计设计学院：专业：班级：姓名：学号：审阅老师：评分：目录一、课程设计目的 (3)二、设计任务 (3)三、功能要求与技术指标 (3)四、数字频率计工作原理概述 (3)五．数字频率计实现方法 (4)六．结论与误差分析 (11)七．VHDL程序： (12)一、课程设计目的熟悉EDA工具，掌握用VHDL语言进行数字系统设计的基本方法和流程，提高工程实践能力。
二、设计任务设计一数字频率计，用VHDL语言描述，用QuartusII工具编译和综合，并在实验板上实现。
三、功能要求与技术指标1.基本功能要求（1）能够测量出方波的频率，其范围50Hz~50KHz。
（2）要求测量的频率绝对误差±5Hz。
（3）将测量出的频率以十进制格式在实验板上的4个数码管上显示。
（4）测量响应时间小于等于10秒。
以上（1）~（4）基本功能要求均需实现。
2.发挥部分（1）提高测量频率范围，如10Hz~100KHz或更高、更低频率，提高频率的测量绝对值误差，如达到±1Hz。
（2）可以设置量程分档显示，如X1档（显示范围1Hz~9999Hz），X10档（显示范围0.001KHz~9.999KHz），X100档（显示范围0.100KHz~999.9KHz）...可以自定义各档位的范围。
量程选择可以通过按键选择，也可以通过程序自动选择量程。
（3）若是方波能够测量方波的占空比，并通过数码管显示。
以上（1）~（3）发挥功能可选择实现其中的若干项。
四、数字频率计工作原理概述1.数字频率计简介在电子技术中，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。
而数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。
2.常用频率测量方法：方案一采用周期法。
通过测量待测信号的周期并求其倒数，需要有标准倍的频率，在待测信号的一个周期内，记录标准频率的周期数，这种方法的计数值会产生最大为±1个脉冲误差，并且测试精度与计数器中记录的数值有关，为了保证测试精度，测周期法仅适用于低频信号的测量。
基于FPGA的数字频率计设计
基于FPGA的数字频率计设计摘要数字频率计是一种常用的电子测量仪器，在工程领域中广泛应用。
与传统的模拟频率计相比，数字频率计具有精度高、响应快、体积小等优点，在现代电子技术领域中广泛应用。
本文将介绍如何使用FPGA设计数字频率计，并通过示例演示FPGA的应用。
介绍数字频率计是一种将输入信号的频率转换成计数信号输出的电子工具，它可以测量频率、周期和时间间隔等参数。
频率计通常采用数字进制计数方式，其测量精度取决于计数器的精度和时钟频率。
在电子电路测试、无线通信、音频、视频等领域中，数字频率计起着至关重要的作用。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种具有灵活性、可编程性和高速性的逻辑芯片，适用于数字电路的设计和实现。
与ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）相比，FPGA具有短设计周期、可重构、低成本等特点。
在数字系统中，FPGA作为计数器的电子部件，使得数字频率计的设计变得更加灵活和简便。
FPGA数字频率计设计系统框图FPGA数字频率计的系统框图如下：FPGA数字频率计系统框图FPGA数字频率计系统框图如图所示，FPGA数字频率计的输入端连接到待测信号，经过放大和滤波处理后送入计数器中进行计数，计数器输出的计数值存储在FPGA的存储器中并进行处理，最终形成数字频率读数并显示在数码管上。
输入端FPGA数字频率计的输入端通常使用低噪声前置放大器和有限带宽滤波器的组合，以保证待测信号的准确度和稳定性。
实际设计中应根据待测信号的具体情况选择合适的放大系数和滤波器参数。
计数器数字频率计的计数器是FPGA实现的核心部件。
计数器根据输入端计数触发信号进行计数，并将计数器输出的计数值存储在FPGA的存储器中。
计数器的计数值越大，频率读数的分辨率就越高。
在FPGA中，计数器可以采用累加计数器或移位寄存器计算，具体实现取决于设计者的需求和性能要求。
(完整版)基于FPGA的等精度频率计的设计与实现毕业设计
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＝ＮＴ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=1ГX=NTR。
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＝１Ｔ（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＝ГXTR，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＝ＮＴ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=1ГX=NTR。
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。
基于FPGA的高精度频率计设计
基于FPGA的高精度频率计设计随着现代通信技术的发展，对于高精度频率计的需求越来越大。
传统的频率计主要基于微处理器实现，但在高频率和高精度要求下，性能和灵活性受到了限制。
为了满足这种需求，基于可编程逻辑器件（FPGA）的高精度频率计应运而生。
FPGA是一种可编程逻辑设备，可以重新配置电路结构以实现不同的功能。
具有并行处理、高速度和灵活性等特点，非常适合于高精度频率计的设计。
基于FPGA的高精度频率计可以实时测量和显示输入信号的频率，并具有较高的精度和稳定性。
设计一个基于FPGA的高精度频率计，首先需要确定设计的规格和目标。
一般来说，设计应具有以下要求：1.高频率计数：能够支持较高的输入频率范围，例如数百兆赫兹（MHz）。
2.高精度计数：能够实现较高的计数精度，通常为小数点后几位。
3.快速响应：能够实现实时计数和显示，以满足高速输入信号的需求。
4.稳定性和可靠性：稳定的输入信号计数和显示，在长时间运行中保持精度和稳定性。
根据以上要求，可以使用以下步骤设计一个基于FPGA的高精度频率计：1.输入接口：设计输入接口来接收频率信号。
可以使用差分输入接口或单端输入接口，根据需要选择合适的接口方式。
需要考虑抗干扰能力和信号质量等因素。
2.时钟同步：使用FPGA内部或外部的时钟信号来同步输入信号。
通过与时钟信号同步，可以实现准确稳定的计数和显示。
3.计数逻辑：设计计数逻辑电路来对输入信号进行计数。
可以使用计数器模块实现计数功能。
FPGA内部计数器可以满足较低频率要求，但对于较高频率，可能需要使用外部计数器模块。
4.频率计算：根据计数结果和计数时间，计算输入信号的频率。
可以使用FPGA内部的时钟模块来计算时间间隔，然后使用计数结果和时间间隔来计算频率。
高精度频率计可以通过多次计数和平均来提高计算精度。
5.显示和输出：设计输出接口来显示和输出测量结果。
可以使用FPGA内部的显示模块来显示频率值，也可以通过外部接口输出频率值。
基于 fpga 的数字频率计的设计与实现
基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现随着现代科技的不断发展，我们对数字信号处理的需求也越来越高。
数字频率计作为一种用来测量信号频率的仪器，在许多领域有着广泛的应用，包括无线通信、雷达系统、声音处理等。
在这些应用中，精确、高速的频率测量常常是至关重要的。
而基于 FPGA 的数字频率计正是利用了 FPGA 高速并行处理的特点，能够实现高速、精确的频率计算，因此受到了广泛关注。
本文将从设计思路、硬件实现和软件调试三个方面，对基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现进行详细讲解。
一、设计思路1.1 频率计原理数字频率计的基本原理是通过对信号进行数字化，然后用计数器来记录单位时间内信号的周期数，最后根据计数器的数值和单位时间来计算信号的频率。
在 FPGA 中，可以通过硬件逻辑来实现这一过程，从而实现高速的频率计算。
1.2 FPGA 的优势FPGA 作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、时钟频率高、资源丰富等优点。
这些特点使得 FPGA 在数字频率计的实现中具有天然的优势，能够实现高速、精确的频率测量。
1.3 设计方案在设计数字频率计时，可以采用过采样的方法，即对输入信号进行过取样，得到更高精度的测量结果。
还可以结合 PLL 锁相环等技术，对输入信号进行同步、滤波处理，提高频率测量的准确性和稳定性。
二、硬件实现2.1 信号采集在 FPGA 中，通常采用外部 ADC 转换芯片来对输入信号进行模数转换。
通过合理的采样率和分辨率设置，可以保证对输入信号进行精确的数字化处理。
2.2 计数器设计频率计最关键的部分就是计数器的设计。
在 FPGA 中，可以利用计数器模块对输入信号进行计数，并将计数结果送入逻辑单元进行进一步的处理。
2.3 频率计算通过对计数结果进行适当的处理和归一化，可以得到最终的信号频率。
在这一过程中，需要注意处理溢出、误差校正等问题，以保证频率测量的准确性和稳定性。
三、软件调试3.1 FPGA 开发环境在进行基于 FPGA 的数字频率计设计时，可以选择常见的开发工具，例如 Xilinx Vivado 或 Quartus II 等。
基于FPGA的等精度频率计的设计
基于FPGA的等精度频率计的设计随着科学技术的发展，频率计作为一种重要的测量仪器，在许多领域都得到了广泛的应用。
而基于FPGA的等精度频率计以其高速、高精度等特点，成为了当今科研和工程实践中的重要工具。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程的现场逻辑门阵列，具有高度可靠性、可编程性和高性能的特点。
在设计基于FPGA的等精度频率计时，我们可以利用FPGA的计数器、控制器和输入输出端口等资源来实现频率测量功能。
首先，我们需要设计一个数值控制计数器，用于计数输入信号的脉冲数。
这个计数器可以是一个简单的二进制计数器，也可以是一个分频器。
在设计计数器时，需要考虑输入信号的频率范围、计数器的位宽和计数器的溢出处理等问题。
通过控制计数器的计数周期，我们可以实现不同精度的频率测量。
其次，我们需要设计一个定时器，用于测量计数器计数的时间。
定时器可以利用FPGA内部的时钟资源来实现，通过控制定时器的计时周期和测量精度，我们可以得出频率计算的结果。
为了提高测量精度，我们可以使用多级定时器进行测量，并通过加权平均等方法来处理测量结果。
然后，我们需要设计一个参数配置模块，用于设置频率计的参数。
通过参数配置模块，用户可以设置计数器的位宽、定时器的计时周期和测量精度等参数，从而灵活地适应不同的测量需求。
最后，我们需要设计一个显示模块，用于显示频率计算结果。
通过显示模块，用户可以直观地了解输入信号的频率和测量精度。
显示模块可以利用FPGA内部的LED显示灯、LCD显示屏或者数码管等硬件资源来实现。
除了基本的频率计功能，我们还可以考虑一些增强功能的设计。
例如，可以添加一个触发器，用于检测输入信号的上升沿或下降沿，并通过触发器的输出信号来控制频率计的启动和停止。
此外，还可以添加一个存储器，用于记录多次测量结果，并通过数据接口将结果传输给上位机或其他设备。
总结起来，基于FPGA的等精度频率计的设计需要充分利用FPGA的计数器、控制器和输入输出端口等资源，通过设计数值控制计数器、定时器、参数配置模块和显示模块等功能模块，实现高速、高精度的频率测量。
基于FPGA的等精度数字频率计设计
摘要频率是常用的物理量，工程中很多物理量的测量，如时间测量、速度控制等，都可转化为频率测量。
此外，还经常遇到以频率为参数的测量信号，例如流量、转速等。
所以频率测量方法的研究越来越受到重视。
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，在实用中有较大的局限性, 而等精度频率计不但具有较高的测量精度, 而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。
本课题设计的等精度数字频率计是采用当今电子设计领域流行的EDA技术，以FPGA为核心，配合STC89C51单片机。
同时，采用等精度测频原理，实现了0.01Hz--50MHz信号频率的等精度频率测量。
此外，该系统还实现测量周期、脉宽、占空比等功能。
设计中用一块FPGA芯片EP2C5Q208C8完成各种时序逻辑控制、计数功能。
在Ouartus II平台上，用VHDL语言编程完成FPGA的软件设计、编译、调试、仿真和下载。
用STC89C51单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信号控制、数据运算处理、键盘扫描和控制数码管的显示输出。
系统将单片机STC89C51的控制灵活性及FPGA芯片的现场可编程性相结合，不但大大缩短了开发研制周期，而且使本系统具有结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高等优点。
关键词：频率计；EDA技术；FPGA；单片机AbstractFrequency is commonly used physical quantity, lots of measurement of physical quantity in the project, such as the measurement of time, the control of velocity, can be changed into the measurement of frequency. Besides, the measured signal with a frequency parameter, such as the rate of flow, the rotational speed, is often encountered. So the research of the method of measuring frequency has become more and more significant in the real application.According to the principles of traditional frequency measurement , the measurement accuracy of frequency meter will decrease with the signal frequency decrease .but it has more limitations in the real application, equal precision frequency meter not only has high accuracy, but also maintains constant test accuracy in the whole frequency region .With the help of FPGA and cooperating with the single chip computer STC89C51,The digital frequency design in our program has realized the precision measurement of 0.01Hz-50MHz signal frequency by adopting the current EDA technique prevailing in the electronic designs and using the principle of multi-period synchrony frequency measurement. Besides, the system can complete the cycle, pulse width, duty cycle measurement function .In this design, using an FPGA chip EP2C5Q208C8 completes a variety of temporal logic control and counting function. In the platform of Ouartus II, using VHDL language completes FPGA software design, compiler, debugging, simulation, and download. By use of the STC89C51 single chip computer as the main controlling parts, the control of the tested signal, the scan of keyboard and the output display of LED can be realized. The system combines the control flexibility of STC89C51 with programmable performance of FPGA, consequently,not only can it shorten the period of the development and research, but also it has the advantages of compact structure, little volume, high reliability, wide scope and high precision. Keywords：Frequency meter，EDA technique，FPGA, Single chip computer目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究背景及意义 (1)1.2 本课题的主要内容 (2)2 系统设计的相关理论 (3)2.1 频率测量方法的研究 (3)2.1.1 常用测频方案 (3)2.1.2 等精度测频原理 (3)2.1.3 等精度测频误差分析 (5)2.2 单片机模块理论及知识 (5)2.2.1 MCS-51单片机结构简介 (5)2.2.2 Keil μvision 3软件概述 (7)2.2.3 Proteus软件概述 (7)2.3 FPGA模块理论及知识 (8)2.3.1 FPGA原理概述 (8)2.3.2 Quartus II 软件概述 (9)2.3.3 VHDL语言简介及开发优点 (11)3 系统硬件电路设计 (13)3.1 系统顶层电路组成 (13)3.2 被测信号放大整形电路设计 (13)3.3 单片机模块设计 (14)3.3.1 单片机最小系统 (14)3.3.2 键盘接口电路 (15)3.3.3 LED数码管显示电路 (17)3.4 FPGA模块电路设计 (18)3.4.1 基本单元电路 (19)3.4.2 测量与自检选择电路 (23)3.4.3 脉宽控制电路 (24)3.4.4 测频与测周期电路 (25)3.5 单片机与FPGA的相互控制电路 (26)4 系统软件设计 (28)4.1 单片机主程序设计 (28)4.2 复位自检程序设计 (28)4.3 键盘程序设计 (29)4.4 测频子程序设计 (30)4.5 测周期子程序设计 (31)4.6 测脉宽子程序设计 (32)4.7 测占空比子程序设计 (32)4.8 LED数码管显示子程序设计 (33)5 系统性能分析 (34)5.1 测量范围分析 (34)5.2 测量精度分析 (34)5.3 被测信号幅值分析 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录一FPGA程序 (38)附录二单片机程序 (41)1绪论1.1本课题的研究背景及意义EDA(Electronic Design Automation——电子设计自动化)代表了当今电子设计技术的最新发展方向，通过VHDL（V ery High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）硬件描述语言的设计，用FPGA（Field－Programmable Gate Array——现场可编程门阵列）来实现小型电子设备的设计，是开发仪器仪表的主流。
基于FPGA的数字式频率计设计报告
湖南大学电气与信息工程学院本科生课程设计题目：数字频率计课程：电子技术综合设计专业：电子信息工程班级：1703指导老师：设计时间：目录一、选题 (1)二、要求 (1)三、方案原理 (3)四、框图 (4)五、单元电路说明 (6)1分频模块 (6)2 显示模块六、参考资料 (21)一、选题数字式频率计的VERILOG设计二、要求对输入FPGA开发板的一定频率的输入信号的频率进行测量，并通过LCD进行显示，并使可测量范围尽可能大，精度尽可能高三、方案原理（1）L CD显示原理本次设计中使用的是基于HD44780的LCD1602。
管脚定义图如下:要实现液晶显示功能有如下关键步骤：1.确定字符显示位置：要在液晶上的某个位置上显示某个字符，就是要向DDRAM的某个地址写入要显示的数据代码。
屏幕物理位置与DDRAM地址的对应关系如下：2.确定显示字符的内容：液晶要显示某个字符时，实质上就是显示该字符的字模, ，即向DDRAM里写数，数据与字模对照表如下：3.将数据写入LCD：执行以下步骤：清屏指令->功能设置指令->进入模式设置指令->显示开关控制指令->设定DDRAM地址指令->数据写入DDRAM指令，相关指令如下：液晶读数据时序：把数据写入液晶时序：由上图可知要保证液晶能正常显示，在E的下降沿时，数据要有效。
（2）频率测量原理利用分频模块获得一个1HZ的clk脉冲，同时设定一个计数脉冲，clk 脉冲作为时基，同时设定一个计数脉冲，每当clk脉冲跳变时，将计数寄存器中的数据送至显示寄存器，同时清零计数寄存器，并显示寄存器中的内容送至LCD显示模块，即可完成频率测量功能模块例化思路分频模块产生多种频率的信号供不同模块使用顶层文件脉冲计数count门控信号二-十进制转换模块LCD1602模块显示频率（最小单位1Hz）和占空比（最小单位0.1%）Clk_In,sysclkClk_GateClk_500Cnt7~Cnt0countClk_500。
基于FPGA的高精度频率计设计实验报告
基于FPGA的高精度频率计设计实验一．实验目的1.熟悉数字存储示波器基本工作原理。
2.掌握硬件测频和测周的基本原理。
3.掌握在现有综合实践平台上开发DSO硬件频率计模块的方案及流程。
二．实验内容1.结合数据采集、存储和触发模块的FPGA代码，理解DSO的基本工作原理。
2.编写FPGA代码完善DSO的频率计模块，实现高精度测频和测周功能。
三．预备知识1.了解综合实践平台硬件结构。
2.熟悉Xilinx ISE Design Suite 13.2开发环境使用方法。
3.熟悉Verilog HDL硬件描述语言的语法及运用。
四．实验设备与工具硬件：测试技术与嵌入式系统综合实践平台，PC机Pentium100 以上，XILINX USB调试下载器。
软件：PC机Win XP操作系统，Xilinx ISE Design Suite 13.2开发环境五．实验步骤1. 打开工程文件SYPT_FPGA.xise2. 打开freq_measure.v和period_measure.v文件，先根据定义好的模块端口输入输出信号，结合测频和测周的原理，在提示添加代码处补充代码：a. 测频模块（freq_measure.v）测频模块的基本功能是测量闸门时间内被测信号的脉冲个数。
实现过程如下：（1）由标准时钟计数产生一个预设闸门信号，然后用被测信号同步预设闸门信号产生实际闸门信号；要求：预设闸门时间可根据用户选择信号（select_parameter）在50ms、100ms、1s、10s 中切换。
具体代码如下图。
（2）标准时钟和被测信号在实际闸门内计数。
标准时钟的计数结果N s放到mea_cnt_fs 中，被测信号的计数结果为N x放到mea_cnt_fx中，输出以上计数结果，并同时输出测频完成标志mea_flag，具体代码如下图。
b. 测周模块（period_measure.v）测周模块的基本功能是把被测信号作为闸门信号，在它的一个周期的时间内，对标准时钟信号计数。
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现一、引言数字频率计是一种用来测量信号频率的仪器，通常用于检测和控制电子电路、通讯系统、工业自动化装置等领域。
在实际应用中，频率计对于频率的测量精度要求很高，同时还需要具备快速响应、稳定性好和抗干扰能力强等特点。
本文将介绍一种基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现。
二、设计原理1. 信号输入高精度数字频率计的设计首先需要对信号进行采集和处理。
通常采集的信号是来自于传感器、射频发射机、计时器等设备输出的波形信号。
这些信号可能是方波、正弦波等各种周期信号，需要进行适当的信号调理才能进行后续的数字处理。
2. FPGA实时处理FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种集成了大量可编程逻辑和存储器的可重构数字电路芯片。
它的设计灵活、速度快、功耗低等特点，非常适合于数字信号处理任务。
在本设计中，FPGA用于对输入信号进行数字化、滤波、计数等处理，以提高频率计的测量精度和稳定性。
3. 单片机控制和显示单片机通常用于系统的控制和显示。
它可以对FPGA进行配置和控制，同时还可以将测量结果显示在液晶屏或者其他显示设备上，方便用户进行实时监测和操作。
三、设计流程1. 信号采集和调理首先需要对采集的信号进行滤波和数字化处理，使其能够被FPGA所识别。
这一步通常需要采用运算放大器进行信号放大、滤波等处理，使得信号的波形清晰、稳定，以便后续的数字处理。
2. FPGA处理在FPGA中，需要设计一个数字频率计的计数器，用于对输入信号的周期进行计数，从而得到它的频率。
还需要设计一个时钟模块，用于控制计数器的计数频率和精度。
五、性能测试1. 测试平台搭建搭建一个测试平台，将设计的高精度数字频率计与标准信号源相连，以验证其测量精度和稳定性。
需要设计合适的测试程序，对频率计进行全面的性能测试。
2. 测试结果分析通过对测试结果进行分析，得到设计的数字频率计的测量精度、抗干扰能力、快速响应性等性能参数。
基于FPGA的高精度频率计设计
基于FPGA的高精度频率计设计摘要频率计是一种应用非常广泛的电子仪器，也是电子测量领域中的一项重要内容，而高精度的频率计的应用尤为广泛。
目前宽范围、高精度数字式频率计的设计方法大都采用单片机加高速、专用计数器芯片来实现。
传统的频率测量利用分立器件比较麻烦，精度又比较低，输入信号要求过高，很不利于高性能场合应用。
本论文完成了高精度数字频率计硬件设计和软件设计。
该数字频率计主要包括FPGA和单片机两大部分。
其中FPGA部分又可分为数据测量模块、FPGA和单片机接口模块、FPGA和数码管动态扫描部分。
FPGA部分采用verilog语言编写了电路的各模块电路，选用了当前比较流行的EDA开发软件Quartus II作为开发平台，所有模块程序均通过了编译和功能仿真验证。
对测频系统的设计流程、模型的建立和仿真做出了具体详细的研究，验证了该系统的正确性。
单片机部分采用C51编写了控制软件。
本设计中以FPGA器件作为系统控制的核心，其灵活的现场可更改性，可再配置能力，对系统的各种改进非常方便，在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能。
关键词：频率计，单片机，FPGA，电子设计自动化Design of High-accuracy Digital Frequency MeterBased on FPGAABSTRACTFrequency meter is a kind of electronic instrument applied widely. A kind of high-accuracy digital frequency meter is designed based on FPGA in this paper.At present extends the scope,the high accuracy digital frequency meter's design method to use the monolithic integrated circuit to add, the special-purpose counter chip mostly to realize high speed.The design of system hardware and system software is accomplished in the paper. System consists of FGPA and MCU. The circuit based on FPGA includes following some parts: data acquisition module, interface between FPGA and MCU, module scanning number tube. Every circuit module is realized by verilog.The platform of development is Quartus II and all modules procedure is demonstrated by compiling and simulation. Detailed research of design flow, model establishment and system simulation is done. The correctness of the system is demonstrated. The software based on MCU is programmed by C51.In this design takes the systems control by the FPGA component the core, its nimble scene alterability, may dispose ability again, is convenient to system's each kind of improvement, in does not change in hardware circuit's foundation also to be possible to further enhance system's performance.The system has the advantage of high-accuracy and convenience. It’s practicability of frequency meter is well.KEY WORDS: Frequency meter, MCU, FPGA, electronic design automation目录摘要........................................................................................................................................ I ABSTRACT .............................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1 频率计的测量方法 (1)1.3EDA技术简介 (3)1.4本论文内容及安排 (4)第2章频率测量方法与原理 (6)2.1直接测频法 (6)2.2利用电路的频率特性进行测量 (7)2.2.1 电桥法测频 (8)2.2.2 谐振法测频 (8)2.2.3 频率—电压转换法测频 (8)2.3等精度测量法 (8)2.4本章小结 (10)第3章系统总体设计方案 (11)3.1频率计系统设计任务与分析 (11)3.1.1 频率计系统设计任务要求 (11)3.1.2 频率计系统设计任务分析 (11)3.2系统总体设计方案 (11)3.3FPGA内部功能模块设计 (12)3.4本章小结 (14)第4章系统的硬件电路设计 (15)4.1FPGA部分的硬件设计 (15)4.1.1 FPGA简介 (15)4.1.2 FPGA芯片的选型 (15)4.2单片机部分的硬件电路设计 (17)4.2.1 单片机的选型原则 (17)4.2.2 单片机控制电路的设计 (18)4.3外围电路设计 (19)4.3.1 键盘接口电路 (19)4.3.2 显示电路 (19)4.3.3 电源电路 (20)4.3.4 信号放大整形电路 (20)4.3.4 其它电路 (21)4.4本章小结 (22)第5章系统的软件设计 (23)5.1VERILOG HDL语言简介 (23)5.2QUARTUS II软件简介 (24)5.3基于EDA技术的设计方法 (25)5.3.1 自底向上的设计方法 (25)5.3.2 自顶向下的设计方法 (26)5.4FPGA内部功能模块设计 (26)5.4.1 D触发器模块 (27)5.4.2 32位高速计数器模块 (28)5.4.3 二选一选择器模块 (29)5.4.4 并—串转换接口模块 (31)5.4.5 串—并转换接口模块 (31)5.4.6 二进制数到8421BCD码转换模块 (32)5.4.7 LED动态扫描显示控制模块 (33)5.5单片机部分的软件设计 (35)5.6本章小结 (36)第6章结论 (37)致谢 (39)参考文献 (40)附录I 顶层原理图 (42)附录II VERILOG程序源代码 (43)基于FPGA的高精度频率计设计 1第1章绪论1.1 研究背景及意义在电子测量技术领域内，频率是一个最基本的参数。
基于fpga的数字频率计设计
基于FPGA的数字频率计设计随着科学技术的不断进步，数字电子技术在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，FPGA（现场可编程门阵列）作为一种灵活、可编程、可重构的数字电路设备，具有较高的性能和灵活性，被广泛应用于数字信号处理、通信、图像处理等各个领域。
本篇文章将介绍基于FPGA的数字频率计设计。
一、概述数字频率计是一种用于测量信号频率的设备，可以方便快速地获取信号的频率信息。
传统的数字频率计通常采用微处理器或专用集成电路来实现，但是这些方案在某些应用场景下存在着局限性。
使用FPGA来设计数字频率计，既可以充分利用FPGA的灵活性和并行性，又可以实现高性能和低功耗的设计。
二、基于FPGA的数字频率计设计原理基于FPGA的数字频率计主要通过计数器和时钟信号来实现。
其设计原理可以分为以下几个步骤：1. 时钟信号同步：通过FPGA内部的PLL（锁相环）模块，可以实现时钟信号的同步和稳定。
2. 信号输入：将待测信号输入FPGA，可以通过外部接口或模拟输入模块实现。
3. 计数器设计：利用FPGA内部的计数器模块，对输入信号进行计数，从而获取信号的频率信息。
4. 频率计算：根据计数器的计数值和时钟信号的周期，可以计算出输入信号的频率信息。
三、基于FPGA的数字频率计设计实现基于上述原理，可以利用FPGA内部的逻辑资源，设计出一个高性能的数字频率计。
具体实现步骤如下：1. 确定输入信号的接口：选择适合的输入接口，可以是数字信号接口、模拟信号接口或者通用IO口。
2. 设计计数器模块：根据待测信号的频率范围和精度要求，设计合适的计数器模块，可以结合FPGA的时钟管理模块实现高精度计数。
3. 编写频率计算算法：根据计数器得到的计数值和时钟信号的周期，设计频率计算算法，可以采用移位运算、累加运算等实现高效的频率计算。
4. 实现显示与输出：设计合适的显示模块和输出接口，将测得的频率信息在显示屏或者外部设备上进行输出。
四、基于FPGA的数字频率计设计应用基于FPGA的数字频率计设计可以广泛应用于各种领域，如通信、测控、仪器仪表等。
基于FPGA的数字频率计的设计
基于FPGA的数字频率计的设计摘要：数字频率计（FREQ）是一种用于计算信号频率的设备。
本文提出了一种基于FPGA的数字频率计的设计方案，使用Verilog HDL实现了数字频率计，可以实现输入信号频率的测量和显示。
该数字频率计的设计具有快速响应、低延迟、高精度的特点，并且适用于各种频率范围的输入信号。
关键词：数字频率计；FPGA；Verilog HDL；测量；显示；精度1. 简介数字频率计是一种用于测量信号频率的设备，广泛应用于电子、通信、计算机等领域。
传统的频率计一般采用模拟电路实现，但其精度和速度有限，且易受到噪声和温度等因素的影响，难以应用于高精度和高速测量。
随着FPGA技术的不断发展，基于FPGA的数字频率计逐渐成为一种新的解决方案。
2. 设计方案本文提出了一种基于FPGA的数字频率计的设计方案，使用Verilog HDL实现了数字频率计，可以实现输入信号频率的测量和显示。
数字频率计的核心是计数器，通过计数器来测量输入信号的周期，并计算出信号的频率。
本设计方案采用了高速计数器的设计思路，具体步骤如下：(1) 输入信号经过芯片引脚电路，进入FPGA芯片。
(2) FPGA内置的输入输出模块将输入信号进行采样和滤波处理，得到纯净的数字信号。
(3) 数字信号经过计数器进行计数，计数值存储在计数器的寄存器中。
(4) 计数值经过时钟分频和计算，得到输入信号的周期和频率。
(5) 输入信号的频率通过显示模块在数码管或LCD显示屏上显示，同时可以通过按键或旋转编码器进行设置和控制。
3. 实验结果本设计方案采用ALTERA CYCLONE III系列FPGA芯片，频率范围从1Hz到50MHz，精度为0.01Hz。
实验结果表明，数字频率计响应速度快，延迟较低（约为100ns），精度高（误差小于0.1%），同时可以适应各种信号频率范围的测量。
4. 总结本文提出了一种基于FPGA的数字频率计的设计方案，采用了高速计数器的设计思路，具有快速响应、低延迟、高精度的特点，并且适用于各种频率范围的输入信号。
基于FPGA的等精度频率计的设计
基于FPGA的等精度频率计的设计一、引言频率计是一种广泛应用于电子领域的仪器设备，用于测量信号的频率。
常见的频率计有软件频率计和硬件频率计两种。
软件频率计主要基于计算机软件，通过采集到的信号数据来计算频率。
硬件频率计则是基于专用的硬件电路，直接对信号进行采样和处理，具有实时性强、准确度高的优点。
本文将基于FPGA设计一种等精度频率计，旨在实现高精度、高稳定性的频率测量。
二、设计原理本设计采用基于FPGA的硬件频率计方案，其主要原理是通过对输入信号的时间计数，并结合固定参考值，计算出信号的频率。
具体流程如下：1.信号输入：将待测量的信号输入至FPGA芯片，输入信号的幅度应符合输入电平范围。
2.信号计数：利用FPGA芯片内部的计数器，对输入信号进行计数，并记录计数器的数值。
计数器的值与输入信号的频率成反比，即计数器值越大，信号频率越低。
3.定时器触发：通过定时器产生一个固定的参考信号，用于触发计数器的复位操作。
定时器的频率应足够高，以保证计数器能够实时精确计数。
4.数据处理：计数器值与定时器触发的时间周期共同决定了输入信号的频率。
通过计算参考值与计数器值的比例，可以得到准确的频率值。
5.结果输出：将计算得到的频率值输出至显示屏或其他外部设备，以便用户进行查看。
三、设计方案1.FPGA选型：选择一款适合频率计设计的FPGA芯片，要求其具有较高的计数能力、较大的存储空间和丰富的外设接口。
2.输入电路设计：设计一个合适的输入电路，将待测信号进行电平调整和滤波处理，以确保输入信号的稳定性和合适的幅度范围。
3.计数器设计：利用FPGA内部的计数器模块，进行计数操作。
根据需要选择适当的计数器位宽，以满足待测频率范围的要求。
4.定时器设计：通过FPGA内部的时钟源和计时器模块，设计一个精确的定时器，用于触发计数器的复位操作。
定时器的频率要足够高，以保证计数的准确性。
5.数据处理设计：利用FPGA内部的算数逻辑单元(ALU)对计数器值进行处理，计算得到准确的频率值。
基于FPGA的等精度频率计
基于F P G A 的等精度频率计设计一．设计原理：1、频率计概述频率计又称频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子仪器。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T 内的周期个数为N 时，则被测信号的频率N f T=。
2、常用的测频方法（1）、计数法：这是指在一定的时间间隔T 内，对输入的周期信号脉冲计数为N ，则信号的频率为Nf T=。
这种方法适合于高频测量，信号的频率越高，则相对误差越小。
（2）、测周法：这种方法是计量在被测信号一个周期内频率为0F 的标准信号的脉冲数N 来测量频率，0F F N=。
被测信号周期越长（频率越低），则测得的标准信号的脉冲数N 越大，则相对误差越小。
但这两种方法分别适合高频和低频，在整个测量域内测量精度不同，因此要求等精度的话，这两种方法显然是不合适的。
3、等精度测量算法传统的测频方法有直接测频法和测周法，在一定的闸门时间内计数，门控信号和被测信号不同步，计数值会产生一个脉冲的误差。
等精度测频法采用门控信号和被测信号同步，消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差。
等精度频率测量方法消除了量化误差，可以在整个测试频段内保持高精度不变，其精度不会因为被测信号频率高低而发生变化。
在测量过程中分别对被测信号和标准信号同时计数。
测量的具体方法是：首先给个闸门开启信号（定闸门信号），此时计数器并不开始计数，而是等被测信号的上升沿来时才开始计数，然后定闸门信号关闭信号（下降沿），计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号上升沿来到时才停止计数，完成一次测量过程，过程如图1所示。
图1 频率计时序图定闸门信号'T 和实际闸门信号T 不同，但两者的差值不会相差被测信号的一个周期。
从图1中可得实际闸门控制信号与被测信号x N 同步，因此消除了1±的脉冲误差。
计数器对标准信号的计数是S N ,被测信号的计数是x N ，标准信号的频率为s f ，被测信号的频率为xx s sN f f N =二、FPGA 设计图2 总体仿真图a)、计数器模块计数器模块主要对2khz 的脉冲，产生一个预置闸门信号，利用预置闸门信号与被测信号共同产生一个实际闸门信号，再利用这个实际闸门信号分别对被测信号Nx 和Ns 计数，计数器总体设计如图3所示。
基于FPGA的等精度频率计设计
基于FPGA的等精度频率计设计摘要频率计是实验室和科研、生产中最常用的测量仪器之一。
本文设计了一种基于FPGA芯片设计的等精度频率计。
对传统的精度测量方法进行了改进，采用SOPC设计技术和基于NIOS II嵌入式软核处理器的系统设计方案，通过在FPGA芯片上配置NIOS II软核处理器进行数据运算处理，利用液晶显示器对测量的频率进行实时显示，可读性好。
整个系统在一片FPGA芯片上实现，系统测量精度高，实时性好，具有灵活的现场可更改性。
本频率测量仪是以Altera公司生产的CycloneII系列EP2C35F672C6器件为核心实现高精度计数功能。
整个电路采用模块化设计，调试制作方便。
经过仿真并下载验证，能够实现等精度测频功能，频率测量范围为1Hz~200MHz。
关键词：等精度，频率计，FPGA，SOPC，NiosIIDesign of Equal Precision Frequency MeterBased on FPGAABSTRACTFrequency meter is one of the most commonly used measuring instruments which can be used in laboratory, scientific research and production . An equal precision frequency meter designed based on FPGA is introduced in this article, which used Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language to implement function module in frequency meter base on traditional frequency measurement. SOPC designing technique and system designing plan based on Nios II soft core CPU are used in the design. It also adopts Nios II soft core CPU as data processing unit, uses LCD 1602 equipment to display frequency in real-time. The whole system is in the implementation of a FPGA chip. So it has a high-precision measurement, real-time and flexible change of scene.The frequency meter is based on CycloneII EP2C35F672C6 Altera device as the core to achieve high-precision counting. Because of the modular design of this circuit, it is facilitate to debug. After the simulation, and downloads the confirmation, can realize equal-precision frequency measurement function. The range of frequency measurement is from 1Hz to 200MHz.KEY WORDS：equal precision measurement, frequency meter, FPGA, SOPC, NiosII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题提出的背景 (1)1.2 课题选择意义 (1)2 EDA/SOPC技术简介 (3)2.1 EDA的具体开发流程 (3)2.1.1设计输入 (3)2.1.2综合 (3)2.1.3 适配 (4)2.1.4 仿真 (4)2.1.5 编程下载和硬件测试 (4)2.2 NIOS II IDE简介 (4)2.2.1工程管理器 (5)2.2.2 编辑器和编译器 (6)2.2.3调试器 (6)2.2.4闪存编程器 (7)3 系统方案选择 (8)3.1 频率测量方案选择 (8)3.1.1 直接测频法 (8)3.1.2 间接测频法 (8)3.1.3 等精度测频 (9)3.2 基于单片机的测频方案 (10)3.3 基于FPGA的测频方案 (11)4等精度频率计的单元模块设计 (13)4.1 放大整形模块设计 (13)4.2 标准信号产生模块设计 (14)4.3 FPGA芯片模块设计 (15)4.3.1 D型触发器的设计 (15)4.3.2 计数器的设计 (17)4.3.3 锁存器的设计 (20)4.3.4 NIOS II 软核CPU的配置 (22)IV4.4 LCD液晶显示模块 (25)5 系统综合与测试 (26)5.1等精度计数模块 (26)5.2 系统综合 (27)5.3 软件编写与测试 (28)5.4 系统的扩展 (32)5.4.1 分频器设计 (32)5.4.2 选择器设计 (35)5.5 系统测试 (37)6 总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)基于FPGA的等精度频率计设计 11 绪论1.1 课题提出的背景现代数字系统的设计离不开仪器，比如数字示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、信号发生器、数字频率计等。
毕业设计(论文)-基于FPGA的数字频率计的设计
摘要在电子技术中，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十分重要。
数字频率计是数字电路中的典型应用，是电子测量与仪表技术最基础的电子仪器之一，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。
与传统的频率计相比，数字频率计具有精度高、测量范围大、可靠性好等优点。
是频率测量的重要手段之一。
该论文研究基于FPGA的数字频率计的设计，在QuartusII环境中，运用VHDL语言完成数字频率计的设计，并对设计进行综合、编译、仿真。
通过仿真分析，证明该频率计测量结果的正确性。
本文的主要介绍了数字频率计的基本内容和重要性，并对数字频率计的国内外研究现状进行了总结；数字频率计设计开发环境，并对FPGA、QuartusII、VHDL进行了详细介绍对开发流程详细说明；根据实际需要对数字频率计设计方法、方案进行了可行性比较，并对其实现的功能进行了具体要求，对设计模块进行了划分，并定义了每个模块所实现的功能；用VHDL语言编程，具体实现频率计各个模块的功能, 对数字频率计仿真并验证其功能。
关键词: FPGA；QuartusII；VHDL；频率计AbstractIn electronics,frequency is one of the most basic parameters.And it have a close relationship with many measurement program of electrical parameters and measurement results, so the measurement of frequency is very important.Digital frequency meter is a typical applications in digital circuit,and one of the most basic electronic devices in electronic measurement and instrumentation technology.Digital frequency meter is an indispensable measuring instruments for scientific research and production as computers, communications equipment, audio, video. Compared with the conventional frequency counter,digital frequency meter have a high accuracy, measurement range and a good reliability. It is one of important measure for frequency measurement:The thesis research in design of digital frequency meter,FPGA-based. VHDL language is used to complete the design of digital frequency meter in QuartusII,and completed thesis with composited, compiled, simulated. Through simulation and analysis, The results show that the accuracy of measure for the frequency. This article mainly introduces the importance and basic content of digital frequency meter, and current research is summarized .the main tasks and content of this design are summarized.Design and development environment of digital frequency meter are introduced.FPGA, QuartusII and VHDL are described in detail.According to the actual needs of the digital frequency meter, design method and design program are compared to achieve the functions of their specific requirements, and defines the functions of each module to achieve the function.Keywords : FPGA，QuartusII ，VHDL，digital frequency met目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 课题目的 (1)1.3 技术指标 (1)第2章FPGA开发相关知识简介 (3)2.1 FPGA的介绍 (3)2.2 FPGA开发环境 (4)软件开发环境——Quartus II的介绍 (4)软件仿真环境——Modelsim的介绍 (5)2.3 硬件描述语言——Verilog HDL (6)2.4 FPGA开发流程 (8)本章小结 (11)第3章频率计的设计方案 (12)3.1 系统的总体设计 (12)3.1.1 设计思路 (12)频率计的基本原理 (12)3.2 数字频率计原理方框图 (13)本章小结 (13)第4章频率计的实现 (14)4.1 时钟信号分频模块的设计 (14)4.2 测频控制信号发生模块的设计 (15)4.3 十进制计数模块的设计 (16)4.4 八位十进制计数模块的设计 (18)4.5 三十二位锁存器模块的设计 (20)4.6 顶层模块的设计 (20)本章小结 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录1 译文 (27)附录2 英文参考资料 (30)第1章绪论1.1 课题背景与意义在电子技术中，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，频率的测量就显得尤为重要，而频率计的研究工作更具有重大的科研意义。
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1引言1.1课题研究背景和意义频率不管是在学习工作或是在工业生产中经常用到的一种物理量，频率也是和电压电流一样很常见的，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高精确度。
国际国内通用数字频率计的主要技术参数：足够宽的测量范围。
人们对频率测量的范围的追求是无止境的，在某些特殊的测试场合，要求频率计的测量范围足够宽，随着现代电子技术的发展，特别是高速芯片技术的发展，有些频率计数器能够直接测量。
高精度和高分辨率。
精度是指测量的准确程度，即仪器的读数接近实际信号频率的程度，精度越高测量越准确。
分辨率表明多么小的频率变化可能在仪器上显示出来。
最早的频率计使用纯模拟硬件电路搭建而成，后来发展到由数字硬件电路搭建，再到后来结合可编程器件。
所以频率计可以使用纯硬件实现法，也可以使用纯软件法，亦可使用软硬相结合的实现法。
传统的频率的测量范围，精度受到的限制比较大。
单片机的应用虽然改善了一些不良因素，但是单片机的工作频率也不是很高。
近些年来随着FPGA的发展，这些方面得到了改变。
同以往的可编程器件比较，FPGA的门数范围由几百门到几百万门，FPGA的集成度高，速度快，精度高。
1.2频率计的研究现状与发展趋势从以前的模拟器件设计数字频率计逐步转变为数字芯片设计数字频率计。
这样的转变使得频率计的设计更趋于自动化、智能化。
现在的电子产品主要是采用EDA技术和单片机技术作为核心控制系统，辅以外围电路，制成高端数字化产品。
频率计正是朝着这个方向发展。
在功能上从以前的仅实现单一频率测量扩展到还能测量周期、占空比、脉宽等各种参数指标。
数字技术的不断成熟，使得在一块很小的板子上制作大规模、多功能的电子产品变得非常的容易、方便。
当然，功能的实现是以强大的软件技术做后盾的。
以后的频率计等测量仪器将在编程语言的不断优化下，数字技术的不断完善下实现更多的功能。
频率计虚拟化。
随着计算机的普及，利用计算机做显示和操作平台的虚拟仪表，也越来越被广泛运用。
1.3本文研究的结构安排与主要内容本设计主要研究是基于FPGA的频率测量仪的设计，文章的安排如下：第一章为引言，介绍了课题的研究背景、意义和研究现状，并提出论文的主要内容和结构安排。
第二章为频率测量方法，比较了利用数字集成电路、单片机、FPGA三种方法的优缺点。
第三章为频率测量原理，介绍了本设计使用的两种测频法的原理。
第四章为系统设计方案，把本设计的程序流程简单的讲述了一遍。
第五章为硬件设计，将本设计所用的开发板的硬件电路和所用的的芯片的功能和部分注意事项进行了描述。
第六章为软件设计，这一章也是本论文的重点，因为本设计主要通过编写VHDL程序实现所需要的内部电路，详细的介绍了程序及其仿真结果。
2频率测量方法2.1测频方法的比较及确定2.1.1基于中小规模数字集成电路的测频方法系统测频部分采用中小规模数字集成电路，时基信号经控制电路产生闸门信号送至主控门，只有在闸门信号采样期间内输入信号才通过主控门，完成测频率。
该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，能可靠的完成频率计的基本功能，但由于系统功能要求较高，所以电路过于复杂。
其原理方框图如图2.1所示图2.1数字电路测频原理图2.1.2基于单片机的测频方法系统采用单片机作为控制核心，门控信号由被测信号上升沿、边沿触发与单片机共同产生。
单片机完成计数、运算、控制功能。
单片机内部强大的运算能力和控制功能，使得开发测频装置这样对测量精度要求很高的装置时，变得更加的有效。
但是缺点也是显而易见的，在传统的单片机设计系统中必须使用许多分立元件组成单片机的外围电路，整个系统显得十分复杂。
其原理方框图如图2.2所示图2.2单片机测频法原理图2.1.3基于FPGA的测频方法采用FPGA为控制核心，利用编程，可以在芯片内部实现测频需要的集成电路，将所有器件都集成在芯片上，简化了复杂的外部电路，大大提高了芯片的稳定性。
测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便。
综合上述，基于FPGA 的测频法优于其他两种方法，本设计采用此方法。
3频率测量原理3.1直接测频原理直接测频是直接测量被测方波信号的频率，定时一个1s的闸门时间，在闸门时间内利用FPGA对被测信号进行计数。
原理框图如图3.1所示图3.1直接测频原理直接测频法是对被测信号直接进行计数，计数使用十进制计数模块，再送给显示。
公式为F=N/T，T为闸门时间,N为计数个数。
当频率很大时，误差很小（比如：被测信号的频率为1KHZ时，误差只有千分之一。
而被测信号的频率为2HZ时，误差为二分之一）所以直接测频法只适合测频率较大的信号。
直接测频原理框图如图3.2所示图3.2直接测频法原理框图3.2间接测频原理间接测频是对被测信号的周期进行测量，在被测信号的一个周期内利用FPGA 的基准时钟进行计数。
原理框图如图3.3所示图3.3间接测频原理间接测频的计数结果乘以基准时钟的周期，得到的结果是被测信号的周期，再取倒数结果就是被测信号的频率。
公式可以化简为F=(1/N)*f,N为计数个数，f 为基准时钟。
当被测信号频率很大时，接近基准时钟，误差达到二分之一。
而被测信号频率很低时，误差可以忽略不计。
所以间接测频法适合低频信号。
间接测频原理框图如图3.4所示图3.4间接测频原理框图本设计测量的频率范围是1HZ-9999HZ，考虑到两种方法在频率段上的优缺点，两种方法结合使用。
低频段采用间接测频法，高频段采用直接测频法。
4系统设计方案4.1系统流程系统框图中左侧的是直接测频法，利用FPGA的基准时钟定时1s的闸门时间，闸门控制产生计数开始、锁存、清零信号。
采用十进制计数器对被测信号进行计数，等计数结束后将计数结果锁存。
系统框图如图4.1所示图4.1系统框图我们在整个实现的过程中，采用了4个相关的模块：①基准时钟：产生标准时钟信号；②闸门控制：依靠脉冲发生器产生的标准时钟信号，产生1s的闸门信号；③十进制计数模块电路：当测频控制信号发生器电路产生的1s的闸门信号为有效电平状态时，开始计算被测信号的周期数，当闸门信号回到无效电平状态时，其值即为所求频率值；④锁存器：加入锁存器的目的是为了更好的读取计数器的值，使数码管显示的值稳定；首先由闸门信号将主控门打开，此时被测信号允许通过主控门，触发计数器，达到纪录显示。
系统框图中右侧的是间接测频法，把被测信号当做闸门信号，同样闸门控制产生开始、锁存、清零信号。
采用二进制计数器对闸门信号下的基准时钟进行计数，等计数结束后将计数结果锁存。
锁存结果经过除法器将周期转化成频率，最后将二进制的频率转码成BCD码形式。
整个流程7个模块：①被测信号的输入：调整好一个电压抬升到0V之上的稳定方波输入；②闸门控制：被测信号的一个周期当做闸门计数信号，从而产生闸门信号；③二进制计数器：在被测信号的一个周期内对基准时钟进行计数，就可以得到被测信号的周期；④基准时钟：产生标准时钟信号；⑤锁存器：加入锁存器的目的是为了更好的读取计数器的值，使数码管显示的值稳定；⑥除法器模块：对被测信号的周期转化成频率；⑦转码电路设计：将二进制的频率数值转码成数码管可以直接显示的BCD码形式。
将上述两种测频法的频率结果经过选择器，高于一个频率点的频率就选择输出直接测频法的频率结果，低于一个频率点的频率就选择输出间接测频法的频率结果。
最后将输出的频率送给显示模块显示，十进制结果能够在七段数码数码管上可以显示，4个数码管采用共阳方式，以显示4位频率数字，满足测量最高频率为9999Hz的要求。
数字频率计测量过程，实质上是在标准单位时间内如实纪录，显示被测信号的频率。
5硬件设计5.1FPGA简介FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（InputOutput Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。
FPGA的基本特点主要有：1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。
2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、的器件之一。
5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
5.2开发板所用芯片介绍EP4CE15F17C8器件是建立在一个优化的低功耗工艺基础之上，最低的功耗，通过最低的成本实现较高的功能性。
EP4CE15F17C8有15408个逻辑单元，56个18*18乘法器，4个PLL，20个全局时钟以及343个IO口。
此芯片对于本设计而言，芯片资源很富裕。
器件管脚内部图如图5.1所示图5.1引脚图5.3电源输入设计开发板的输入电压为5v，有一个开关，防止因失误输入电压过大，将其他芯片击穿。
原理图如图5.2所示图5.2电源输入5.4电源转换芯片电路采用1117芯片将5V的电源输入电压转化成3.3V、1.5V和2.5V两种电压。
原理图如图5.3所示图5.3电源转换5.4.1AM1117S特性介绍AM1117S为一个低功耗正向电压调节器，其可以用在一些高效率，小封装的低功耗设计中。
特性如下：0.8A稳定输出电流1A稳定峰值电流3端可调节（电压可选：1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V及5V）低静态电流0.8A时低压差为1.1V0.1%线性调整率/0.2%负载调整率2.2uF陶瓷电容即可保持稳定过流及温度保护多封装：SOT-223，TO-252，TO-220及TO-263（现已提供无铅封装）AM1117S有很低的静态电流，在满负载时其低压差仅为1.1V。
当输出电流减少时，静态电流随负载变化，并提高效率。
AM1117S可调节，以选择1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V及5V的输出电压。
5.4.2AM1117S外围参数选择为了确保AM1117S的稳定性，输出端至少需要一个2.2uF的钽/陶瓷电容或10uF铝电容。
其值可以根据输出负载/温度范围的要求变动。
ESR的值取决于用来保持稳定的电容类型。
建议ESR选取0.5Ω或更小的值。
也可以选用一个更大的输出电容值（100uF）以增长负载瞬态响应。