基于fpga数字频率计设计开题报告

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1、毕业设计（论文）开题报告基于FPGA数字频率计设计系部：专业：学生姓名：指导教师：开题时间：2008年3月日一、毕业设计（论文）课题的意义、国内外现状及发展趋势(可加附页)（1）课题的意义近年来,在现代电子系统设计领域中,电子设计自动化已成为重要的设计手段。简单的搭建电路已经不适应大规模电路设计要求。EDA的可编写程序设计硬件电路设计，可重复下载的优势非常明显。这样做既可节省时间又能避免不必要的资源浪费。数字频率计的设计,其功能是实现信号的频率、周期、占空比以及脉宽等指标的测量，在电子测量、航海、探测、军事等众多领域的应用范围广泛。（2）国内外现状及发展趋势

2、数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。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。因此，数字频率计是应用很广泛的。目前国内北京普源精电科技有限公司推出了更具普及性的DG1000系列函数/任意波形发生器。DG1000使用直接数字合成（DDS）技术，可输出用户自定义的任意波形，拥有丰富的输入输出，以及高精度、宽频带频率计，频率范围100MHz到200MHz，频率分辨率达到6位/秒。该款产品各项技术指标均领先于市场同级别产品，更以其高性价比受到了市场的广

3、泛关注。这一产品的推出，标志着国内信号源研发水平达到了又一新的里程碑。国际上数字频率计研究和发展比较早，精测公司生产数字示波器,电源,电桥,专业提供音频和视频方面的测试仪器,产品性能稳定，采样和处理数据的能力较强，代理的国外品牌有日本建伍(CS4125,CO1305,CS4135A,SG5150,VA2230A),日本营电数字电视调制器(3513B,3524,4409A,3116A),日本目黑(信号发生器失真仪),美国FLUKE(PM5418,PM54200,PM6303,PM6304/PM6306,F123/F124/F87-5/F1508/F8845/F

4、8846)。二、课题预期目标及主要工作（设计思想、拟采用的方法及手段）（1）本课题预期目标了解数字频率计的基本原理，深入分析原理的基础上，进行硬件建模。之后进行VHDL代码的编写。最终实现对0.1HZ-50MHZ信号的等精度测量。完成信号为方波，正弦波，幅度为0.5-5V,脉冲宽度不小于100us,测量误差不大于1%的基于FPGA数字频率计设计。（2）主要工作频率的测量实际上就是在1S时间内对信号进行计数，计数值是信号率。用单片机设计频率计通常采用两种办法:1）使用FPGA自带的计数器对输入脉冲进行计数，或者测量信号的周期；2）FPGA外部使用计数器对脉冲信

5、号进行计数，计数值再由单片机读取。由于FPGA自带计数器输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用FPGA的计数器直接测量信号频率就受到了很大的限制。在频率测量方法中,常用的有直接测频法、倍频法和等精度测频法。这三种方案各有利弊,其中直接测频法是依据频率的含义把被测频率信号加到闸门的输入端,只有在闸门开通时间T(以1s计)内,被测(计数)的脉冲送到十进制计数器进行计数。设计数器的计数值为N,则可得到被测信号频率为f=N。但是由于闸门的开通、关闭的时间与被测频率信号的跳变难以同步,因此采用此测量方法在低频段的相对测量误差可能达到50

6、%,即在低频段不能满足设计要求。但根据三个方案的分析,直接测频法比其他两个方案更加简单方便可行,直接测频法虽然在低频段测量时误差较大,但在低频段我们可以采用直接测周法测量,这样就可以提高测量精度了。等精度频率测量方案原理：等精度数字频率计涉及到的计算包括加、减、乘、除,消耗的资源比较大,用一般的FPGA芯片难以实现.因此,其核心有2个锁相环,可以在高速运行的时候保证系统时钟信号的稳定性.传统的测频原理是在一定的时间间隔内测某个周期信号的重复变化次数N，其频率可表示为f=N/T，其原理框图见图1.1。这种测量方式的精度随被测信号频率的变化而变化。脉冲形成电路闸

7、门电路计数译码器门控电路时基信号发生器图1.1传统测频原理图该课题测频原理电路图如图1.2所示：预置门控电路DQ标准频率信号被测信号清零信号CLKENCLKCNT1OUT1CLRCLKENCLKCNT2OUT2CLR图1.2等精度测频原理图当方波预置门控信号由低变为高电平时，经整形后的被测信号上升沿启动D触发器，由D触发器的R端同时启动可控计数器CNT1和CNT2同时计数，当预置门为低电平时，随后而至的被测信号使可控计数器同时关闭。设FX为整形后的被测信号，FS为基准频率信号，若在一次预置门高电平脉宽时间内被测信号计数值为Nx,基准频率计数值为Ns，则有:F

8、X=(FS/Ns)Nx等精度数字频率计涉及到的计算包