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 Meter
Based on FPGA
ABSTRACT
Frequency 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。

它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一，还因为频率信号的抗干扰性强、易于传输、可以获得较高的测量精度等特点使各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转换为电频率信号。

因此工程中很多测量，如用振弦式方法进行力的测量、时间测量、速度测量、速度控制等都涉及到频率测量[1]。

因此，研究频率计具有一定的实用价值[2]。

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，它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间内变化的物理量[3]。

在测控系统中，测频方法的研究越来越受到大家的重视，多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量，而频率计作为测量频率的仪器被广泛应用于工业生产、实验室、国防等领域。

1.2 国内外研究现状
由以上所述可见，研究设计一种测量精度高、测频范围广、在更小的空间内实现更多的功能、有灵活的现场可更改性的高精度数字频率计显得越来越重要。

本课题正是针对于此，研究、设计一种频率计，旨在提高频率测量的高精度、及时性等性能指标。

下面就简单的介绍下国内外关于数字频率计的研究现状。

1.2.1 频率计的测量方法
目前频率测量的方法有很多，在进行频率测量时，往往关心的是频率所测量的范围、精度要求以及被测对象的特点。

而测量所能达到的精度，不仅取决于所测的频率源的精度，而且取决于所使用的测量设备和测量方法。

目前测量频率的方法有多种，频率计的种类也各种各样。

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

典型的传统的方法是计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于1秒。

闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长；闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响[4]。

1）常用的数字频率的测量方法可以分为：
陕西科技大学毕业设计说明书 2
(a) 直接测量法(以下称M法)
M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数进行换算得出被测信号的频率。

这种测量方法的测量精度取决于闸门时间和被测信号频率。

当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大。

所以这种方法比较适合测量高频信号的频率。

(b) 周期测量法(以下称T法)
T法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。

这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高。

这种方法比较适合测量频率较低的信号。

(c) 综合测量法(以下称M /T法)
M /T法具有以上两种方法的优点，它通过测量被测信号数个周期的时间然后换算得出被测信号的频率，可兼顾低频与高频信号，提高了测量精度。

但是M法、T法和M /T法存在±1个字的计数误差问题：M法存在被测闸门内±1个被测信号的脉冲个数误差，T法或M /T法也存在±1个字的计时误差，这个问题成为制约测量精度提高的一个重要原因[5]。

2）根据测频工作原理还可将频率测量方法分成以下几类：
(a)利用电路的某种频率响应来测量频率
谐振测频法和电桥测频法是这类测频方法的典型代表：前者常用于低频段的测量，后者主要用于高频或微波频段的测量。

谐振法的优点是体积小、重量轻、不要求电源等，目前仍获得广泛应用。

(b)利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率
采用比较法测量频率，其准确度取决于标准频率的准确度。

拍频法、示波器法以及差频法等均属于此类方法范畴。

拍频法和示波器法主要用于低频频段的测量，差频法主要用于高频频段的测量，它的显著优点是测试灵敏度高[4]。

以上两种方法都适合于模拟电路中实现，还有一类目前最广泛使用的计数测频法则适合于数字电路实现。

该方法是根据频率定义，记下单位时间内周期信号的重复次数。

3）从采用的芯片类型和技术来划分：
从采用的芯片类型和技术来划分，有五种设计方案，不同的测量方法和不同的设计技术在实现的效果上有很大区别。

(a)采用通用中、小规模集成芯片SSI、MSI等纯硬件设计，方法比较繁琐和陈旧，
基于FPGA的高精度频率计设计 3
在目前的设计领域中很少使用。

(b) 采用单片数字频率计芯片，如ICM7216等专用芯片硬件实现，简单易行，但只有固定的一般功能和通用的基本指标，这种芯片的最高计数频率仅有15MHz，远不能达到在一些场合需要测量很高频率的要求，而且测量精度也受到芯片本身的限制。

(c) 采用单片机系统设计的数字频率计（直接测频法），此种方法虽然能达到较高的测量范围、精度，但只是直接记下单位时间内周期信号的重复次数，其记数值会有±1个记数误差精度，尤其是测量精度随着频率的降低而降低。

(d) 采用PLD(包括大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD等)系统设计的等精度数字频率计，具有集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测频范围可达到0.1Hz～50MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一。

(e) 采用单片机和FPGA/CPLD结合系统设计的多功能高精度数字频率计，用FPGA设计实现的信号源和测量仪，较之单片机与分离元件等传统方法的实现，精度明显提高，系统可靠性增强，直接带来了实验装置的市场竞争力的提高。

函数信号发生器和扫频信号源模块采用FPGA实现，其核心原理为DDS (Direct Digital Synthesizer)即直接数字频率合成技术。

DDS具有较高的频率分辨率，可以实现频率的快速切换，并且切换时保持相位的连续，易于实现频率、相位、幅度的数控调制[6]。

因此，在现代电子系统及设备的频率源设计中，得到广泛应用。

1.3 EDA技术简介
所谓的EDA (Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术，是在20世纪90年代初，从CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CA T(计算机辅助测试)和CAE(计算机辅助工程)的概念发展而来的。

目前，电子设计自动化己逐渐成为重要的设计手段，其广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域[7]。

EDA技术就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境、以硬件描述语言HDL为设计语言、以可编程逻辑器件为试验载体、以ASIC、SoC芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。

在EDA的设计过程中，用HDL编写的设计文件将自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真、直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等等工作。

设计的工作仅限于利用软件的方式，即用硬件描述语言来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下就可以得到最后的设计结果。

尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改如完成软件设计一样方便而高效。

EDA技术中最为瞩目的功能，即
陕西科技大学毕业设计说明书 4
最具现代电子设计技术特征的功能就是日益强大的逻辑设计仿真测试技术。

EDA仿真测试技术只需通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作，在完成实际系统的安装后还能对系统上的目标器件进行所谓的边界扫描测试。

另一方面，高速发展的FPGA/CPLD器件又为EDA技术的不断进步奠定了坚实的物质基础。

FPGA/CPLD器件的更广泛的应用及厂商间的竞争，使得普通的设计人员获得廉价的器件和EDA软件成为了可能，大大的促进了EDA的发展。

EDA技术是现代电子工程领域的一门较新的技术，它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法，极大的推动了电子产业的发展。

目前，在通信、国防、航天、工业自动化等领域的电子系统设计当中，EDA技术的含量正以惊人的速度发展着。

未来的EDA将会超越电子设计的范畴进入其他的领域，随着基于EDA的SoC(System on a Chip)设计技术的发展，软硬功能核库的建立，以及基于HDL所谓自顶向下设计理念的确立，将会极大的推动电子工业的发展，将电子系统的设计和规划应用到其他的领域中去。

1.4 本论文内容及安排
首先介绍了用verilog语言和FPGA开发片上系统的基本方法，然后面向电测技术领域的频率测量系统，在原来的频率测量方法：直接测频法、利用电路的频率特性进行测量以及多周期同步法测量的基础上，把verilog和SoC技术运用到测频系统中，利用EDA开发工具研究开发了等精度测频系统。

并对其进行了一系列仿真实验测试，进一步验证了设计结果。

本系统采用了FPGA器件和单片机相结合来实现频率测量系统中的数字频率计设计。

除被测信号的整形部分、键输入部分和LED显示部分以外，其余全部在一片FPGA 芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。

被测信号可以是方波、三角波或正弦波等周期性变化的信号。

如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。

首先查阅资料，了解发展现状。

在此基础上，对系统的方案进行了设计。

对各个功能模块的设计实现进行了详细的介绍，给出了相应的仿真结果。

具体研究内容安排如下：
第1章：在广泛查阅文献资料的基础上，对频率计的研究背景及意义、国内外研究现状进行了深入了解，对EDA技术进行了简要介绍。

基于FPGA的高精度频率计设计 5
第2章：对频率测量的方法与原理进行分析比较，选择了等精度测频的方法。

第3章：对本系统的整体设计思路进行了分析，进行了总体方案设计。

第4章：详细介绍了系统的器件选型，硬件电路设计。

第5章：对本系统进行软件设计。

采用verilog语言详细地把FPGA上实现的部分从顶层到底层的每一部分进行设计、仿真；对信号控制和数据计算部分（单片机）进行程序开发；同时对电路进行总体设计。

第6章：对课题进行了总结。

陕西科技大学毕业设计说明书 6
第2章 频率测量方法与原理
在电测技术领域内，频率是一个最基本的参数。

它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一，还因为各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转换为电频率信号，因此关于频率信号的测量和研究显得非常重要。

因为频率信号的抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度，所以在测控系统中，测频方法的研究越来越受到大家的重视，多种非频率量的传感信号都要转化为频率量来进行测量。

用于频率测量的方法有很多，在进行频率测量时，我们主要关心的是频率所测量的范围、精度要求以及被测对象的特点[8]。

而测量所能达到的精度，不仅取决于所测的频率源的精度，而且取决于所使用的测量设备和测量方法。

本章主要介绍一些常用的频率测量方法。

2.1 直接测频法
直接测频法是最简单的、也是最基本的测量频率的方法。

其原理就是在给定的闸门信号中填入脉冲，并通过一定的计数线路，得到所填充的脉冲的个数，从而算出待测信号的频率或者周期。

其测量原理如图2.1所示：在测量的过程中，按照信号频率高低的不同，其测量方法分为两种：
(1)被测信号频率较高时
此时，通常选用频率较低的一个标准频率信号作为闸门信号，而将被测信号作为填充脉冲，在固定的闸门时间内对其计数。

设闸门宽度为T ，计数值为N 则这种测量方法的频率测量值为：
x N f T
（2-1） 测量误差主要决定于闸门时间T 和计数器计数的数的准确度，因此，总的误差可以采用分项误差绝对值线性相加来表示，即 c
c x x x f Df Tf f Df +±=1 （2-2） 其中1x Tf 是最大量化误差的相对值，x Tf N DN 1±=，N N
的产生是由于 在测频时，闸门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系不相关造成的，即在相同的主门开启时间内，计数器所得的数不一定相同，当主门开启时间T 接近甚至等于被
测信号周期T x 的整数倍时，量化的误差最大，最大量化误差为1N N 为标准频
率的准确度，在数值上等于石英晶体振荡器所提供的标准频率的准确度，也是闸门时间的相对误差闸门时间T T 的准确度，即：
c
c f Df T DT ±= （2-3）
图2.1 直接测频法原理图
(2)被测信号频率较低时
此时，通常选用被测信号作为闸门信号，而将频率较高的标准频率信号作为填充脉冲，进行计数。

设计数值为N ，标准频率信号的频率为f s ，周期为T s 。

则这种测量方法的频率测量值为：
1
S
x
f NT （2-4） 误差主要为对标准频率信号计数产生的士1个字误差，在忽略闸门信号自身误差的情况下，测量精度为：
o
x
x x
f f f Df ±= （2-5） 直接测频方法的优点是：测量比较方便、读数直接，在比较宽的频率范围内能够获得较高的测量精度。

这种测频方法的主要缺点是：测量误差主要来自于被测信号和标准频率信号，由于标准频率信号的计数器总存在±1个计数误差，难以同时兼顾低频和高频以实现等精度测量，所以测量的精度较低。

但是，通过提高测量频率可以提高测量的精度，如果测量的频率一定时，尽可能的在比较长的闸门时间下测频，可以提高测量精度[8]。

但对于较低的被测频率来说，测频的精度是不高的。

拍频法、示波器法和差频法等测量频率的方法都属于此方法的范畴。

前两种方法主要低频频率的测量。

差频发则常用于高频频段的频率测量，其突出的优点是测试灵敏度高。

2.2 利用电路的频率特性进行测量
设某电路的频率特性为：
,, (x)
f a b c （2-6）
式中a ，b ，c 是电路己知参数，可以根据a ，b ，c 等值求出频率。

用此方法测量频
闸门
被测信号
率的有电桥法和谐振法等。

下面分别简单的做一介绍。

2.2.1 电桥法测频
电桥法测频是利用交流电桥的平衡条件和电桥电源频率有关这一特性来测量频率的，在电桥面板上将调节电桥平衡的可变电阻(或电容)的调节旋钮(度盘)按频率刻度，则在电桥指示平衡时，测试者便可以从刻度上直接读得被测信号的频率f x 。

这种电桥测频法的精度约为±(0.5～1)%。

在高频时，由于寄生参数影响严重，会使测量精度大大下降，所以这种电桥测频方法仅适用于l0KHz 以下的音频范围[9]。

2.2.2 谐振法测频
谐振法测频是利用电感、电容串联谐振回路或并联谐振回路的谐振特性来实现测频的。

当被测的频率信号加到变压器式的谐振电路中时，调节电容来使谐振电路达到谐振。

如果电容的调节度盘按谐振频率刻度，则可以直接从该刻度读出被测频率值。

谐振法测量频率的精度大约在±(0.25～1)%的范围内，通常作为频率粗测或者某些仪器的附属测频部件。

2.2.3 频率—电压转换法测频
这种测频方法的原理是利用相关电路把正弦频率转换为周期相等、宽度 、幅度均为定值的矩形脉冲列，用低通滤波器滤除其全部交流分量，则平均值即直流分量为：
x m x x
m f τU T T τ
U U
0 （2-7） 输出的电流电压依次用上式按频率刻度的电压表指示，则从电压表指针所指的刻度便可直接读出被测频率f x ， f — U 转换式频率计最高测量频率可达几兆赫兹。

可以连续监视频率的变化是这种测量频率方法的突出优点。

2.3 等精度测量法
等精度测量方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。

它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。

因此，排除了对被测信号计数所产生的个字误差，并且达到了在整个测量频段的等精度测量[10]，其测频原理如图2.2所示。

图2.2 等精度测频原理图
在测量过程中，有两个计数器分别对标准和被测信号同时计数。

首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。

然后预置闸门关闭信号（下降沿）到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。

可以看出，实际闸门时间t 与预置闸门时间t ’并不严格相等，但差值不会超过被测信号的一个周期[11]。

设在一次实际闸门时间t 中计数器对被测信号的计数值为N x ，对标准信号的计数值为N s ，标准信号的频率为f s 则被测信号的频率为：
s s
x
x f N N f
（2-8） 若忽略标准频率信号的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为：
%100
o
x o f |
f -f |δ （2-9） 式中f o 为被测信号的准确值。

在测量中由于f x 计数的起停时间都是由该信号的上升沿触发的，对f x 的计数N x 无误差。

而对f s 的计数N s 最多相差一个数的误差，即|ΔN s | ≤ 1。

则测量频率为：
s s N |ΔN |δ
≤s
s f t N 1
1 （2-10）
由以上分析我们可得出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，从而实现了整个测试频段的等精度测量。

而闸门时间选的越长，标准频率选的越高，测频的相对误差就越小。

标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度满足的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度[10]。

本课题设计的基本要求是：频率测量范围为：1Hz ～10MHz ；测量精度要求：测频全域的相对误差恒为万分之一，即需达到10×10-5；下一章将对系统的总体设计方案进
被测信号 预置闸门 实际闸门
标准时钟
行介绍。

2.4 本章小结
本章详细的介绍了频率测量的常用方法，主要包括直接测频法、利用电路的频率特性进行测量的方法、等精度测频率，并对几种测量方法进行了具体的分析。

通过研究，指出了各种测量方法的适用测量范围及其优缺点，并对其可能产生的误差进行了分析，提出了提高测量精度的方法。

第3章系统总体设计方案
数字频率计的设计方法多种多样，有用具有记忆功能的触发器设计而成的频率计，还有用以单片机为核心器件设计而成的频率计。

而可编程逻辑器件FPGA和EDA技术的应用和发展，使传统的电子系统设计发生了根本的变革。

本章主要介绍了采用FPGA 和单片机相结合的方法来实现数字频率计系统。

3.1 频率计系统设计任务与分析
要做好一个设计就必须明确设计的要求，对设计任务进行仔细分析，然后提出设计方案。

3.1.1 频率计系统设计任务要求
设计一种基于FPGA的数字频率计。

要求：
（1）能测量方波、正弦波和三角波的频率；
（2）频率测量范围为：1Hz—10MHz；
（3）相对测量精度：1/10000；
（4）LED显示测量值。

3.1.2 频率计系统设计任务分析
在第一章绪论中介绍了频率计的几种设计方案，其中采用PLD(包括大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD等)系统设计的等精度数字频率计，具有集成度高、高速和高可靠性的特点，频率的测频范围可达到0.1Hz～50MHz，测频全域相对误差恒为百万分之一，完全可以达到任务要求。

因此，本系统采用了FPGA器件和单片机结合实现频率测量系统中的数字频率计设计。

除被测信号的整形部分、键输入部分和LED显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。

本设计采用verilog语言对FPGA部分进行软件开发与设计，单片机部分的软件开发则采用汇编语言进行。

设计选用的开发环境为Quartus II 7.0，测频系统的生成、编译、仿真和验证都是在该系统中进行的。

3.2 系统总体设计方案
在快速测量的要求下，要保证高精度的测频，必须采用较高的标准频率信号；而单片机受本身时钟频率和若干指令运算的限制，测频的速度较慢，无法满足高速、高。