EDA课程设计---等精度频率计的设计

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1、1 SOPC/EDASOPC/EDA 综合课程设计报告综合课程设计报告 设计题目：设计题目： 等精度频率计的设计等精度频率计的设计 设设 计计 者：者： 学学 号：号： 班班 级：级： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 092 班班 指导老师：指导老师： 完成时间：完成时间： 设计报告设计报告 综合测试综合测试 总评总评 格式格式 （10） 内容内容 (40) 图表图表 （10） 答辩答辩 （20） 平时平时 （20） 2 目录目录 1 绪论 4 第一章 设计项目的分析. 5 1.1 设计原理 . 5 1.2 设计要求 . 5 1.3 设计思路 6 第二章 项目工作原理及模块工作原理 6

2、2.1 系统设计方案的选择 . 6 2.2 项目工作原理 . 6 2.3 频率测量模块 . 8 2.4 周期测量模块 . 10 2.5 脉宽测量模块 . 11 2.6 占空比测量模块 11 第三章 系统设计方案 11 3.1 等精度数字频率计项目设计方案 . 11 3.1.1 等精度数字频率计的原理 . 12 3.1.2 等精度数字频率计主要由以下几个部分组成 . 13 3.1.3 系统的基本工作方式如下 . 13 3.1.4 CPLD/FPGA 测频专用模块的 VHDL 程序设计. 13 3.2 测频/测周期的实现 14 3 3.3 控制部件设 . 14 3.4 计数部件设计 . 15 3.

3、5 脉冲宽度测量和占空比测量模块设计如下图所示： 15 3.5.1 测量脉冲宽度的工作步骤 . 15 第四章 主要 VHDL 源程序 16 4.1 -等精度频率计测试模块（VHDL 顶层文件 DJDPLJ.VHD） . 16 4.2-测频、周期控制模块 CONTRL.VHD 19 4.3-计数模块 CNT.VHD 20 4.4-自校/测试频率选择模块 FIN.VHD 21 4.5-测脉宽、占空比控制模块 CONTRL2.VHD . 22 4.6-计数器二频率切换模块 GATE.VHD . 24 第五章 项目硬件测试 25 5.1 硬件试验情况 . 25 第六章 设计总结 26 附录一 参考文献

4、 27 4 1 绪论绪论 测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。不少物理量的 测量, 如时间、速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。目前, 市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计, 但价格不菲。 而在实际工程中, 并不是对所有信号的频率测量都要求达到非常高 的精度。 目前, 有三种常用的数字频率的测量方法: 直接测量法(以下称 M 法) 、周期测量法(以下称 T 法) 和综合测量法(以下称 M /T 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。T法是通过测量被测信号一个周期时间计时信号的 脉冲个数, 然后换算出被测信号的频率。 这两种

5、测量法的精度都与被 测信号有关, 因而它们属于非等精度测量法。而 M /T 法它通过测量 被测信号数个周期的时间, 然后换算得出被测信号的频率, 克服了 测量精度对被测信号的依赖性。M /T 法的核心思想是通过闸门信号 与被测信号同步, 将闸门时间控制为被测信号周期长度的整数倍。 测量时, 先打开预置闸门, 当检测到被测信号脉冲沿到达时, 标准 信号时钟开始计数。预置闸门关闭时, 标准信号并不立即停止计数, 而是等检测到被测信号脉冲沿到达时才停止, 完成被测信号整数周 期的测量。 测量的实际闸门时间与预置闸门时间可能不完全相同, 但 最大差值不超过被测信号的一个周期。 5 第一章第一章 设计项

6、目的分析设计项目的分析 1.1 设计原理 频率计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。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数， 此时 我们称闸门时间为 1s。闸门时间也可以大于或小于 1s。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，测得频率值刷新就越快，但测得的频率精度 就受影响。 1.2 设计要求 (1) 对于频率测试功能，测频范围为 0.1 Hz70 MHz；对于测频 精度，测频全域相对误差恒为百万分之一。 (2) 对于周期测试功能， 信号测试范围与精度要求与测频功能相 同。 (3) 对于脉宽测试功能，测试范围为 0.1 s1 s，测试精度 为 0.01 s。 (4) 对于占空比测试功能，测试精度为 1%99%。 6 1.3 设计思路 利用计数器 A 对时钟脉冲信号进行计数， 同时使用另一个计数 器 B 对被测信号计数。 当测量时钟脉冲信号的计数器 A 累积到一定数 值时，将计数器的结果传送到触发器中并通过一个时钟脉冲