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1、2008年第22卷第2期测试技术学报Vol.22No.22008(总第68期)JOURNALOFTESTANDMEASUREMENTTECHNOLOGY(SumNo.68)文章编号:167127449(2008)0220099204基于FPGA的全同步数字X频率计的设计与实现121包本刚,何怡刚,谭永宏(1.湖南科技学院电子工程与物理系,湖南永州425100;2.湖南大学电气学院,湖南长沙410082)摘要:利用全同步频率测量原理,通过FPGA(FieldProgrammalbeGataArray)芯片,运用VHDL语言编程设计一个全
2、同步数字式频率计,消除了±1的计数误差,测频范围在DC～100MHz,给出了各模块的VHDL设计方法和仿真波形.并且可以利用FPGA芯片构成系统板,具有较高的实用性和可靠性.关键词:FPGA;全同步;频率计;VHDL语言中图分类号:TP27文献标识码:AImplementationofaCompleteSynchronizationDigitalFrequencyMeterBasedonFPGA121BAOBengang,HEYigang,TANYonghong(1.Dept.ofPhysicsandElectricalEnginee
3、ring,HunanUniversityofScienceandEngineering,Yongzhou425100,China;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUnivsity,Changsha410082,China)Abstract:AcompletesynchronizationdigitalfrequencymeterisdesignedusingFPGAchipbyVHDLlanguageprogrammingaccordingtothecomplet
4、esynchronizationmeasurementtheory.Iteliminates±1counterrorwithanaccuratefrequency2measuringrangeofDC～100MHz.ThispapergivesthedesignapproachbyVHDLandthesimulationwaveformofeverymoduleofthemeter.AsystemboardcanbemadewiththeFPGAchip,whichhashigherpracticabilityandreliabili
5、ty.Keywords:FPGA;completesynchronization;frequencymeter;VHDL0引言频率测量不仅在工程应用中有非常重要的意义,在高精度定时系统中也处于核心地位,±1个计数误差通常是限制频率测量精度进一步提高的重要原因.由于测频技术的重要性,使测频方法也有了很大的发展,常用数字频率测量方法有M法、T法和MöT(等精度测量法)法.M法、T法和MöT法都存在±1个计数误差问题: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MöT法也存在±1个字的计时误差,这个问题成为限制测量精度提高的一个重
6、要的原[1]因.西安微电子技术研究所的魏西峰先生在2005年提出了全同步频率测量法,从根本上消除了限制X收稿日期:2007209211基金项目:湖南省教育厅基金资助项目(04C512),湖南科技学院科学研究资助项目作者简介:包本刚(19762),男,讲师,硕士生,主要从事电子设计和测试研究.100测试技术学报2008年第2期测量精度提高的±1个计数误差问题,从而使频率测量的精度和性能大为改善.[1,6]基于对FPGA器件和EDA技术以及全同步测频方法的研究,介绍一种利用FPGA实现DC～100MHz全同步数字频率计的实现方法,并给出实
7、现VHDL代码和仿真波形.整个系统在研制的FPGAöCPLD实验开发系统上调试通过.本设计采用了高集成度的现场可编程门阵列FPGA(Field[3]ProgrammableGataArray)FlexEPF10k20TC14424芯片,通过软件编程对目标器件的结构和工作方式进行重构,能随时对设计进行调整,使得本设计具有集成度高,结构灵活,开发周期短,可靠性高的优点.1全同步测频原理M法、T法的测量精度不仅取决于基准时间和计数器的计数误差,还取决于频率的高低,频率不同则精度不一样,M法在高频段的准确度相对较高,T法在低频段的准确度较高.
8、MöT法(等精度测量法)则在整个测试频段的精度一样,闸门信号是被测信号周期的整数倍,即与被测信号同步,因此大大减少了误差,但由于只与被测信号同步,而不与标准时钟同步,因此还是存在着±1计数误差.其测频原理图如图1所示,误
