基于FPGA的数字频率计实验评测报告(能测占空比).doc

膆基于FPGA的数字频率计设计蚆蚂膀蒈学院:肅专业:莂班级:芁姓名:蚇学号:蒄审阅老师:膂评分:聿罿袄袃肀肇薇蚃膁芆肇莄目录罿薈蒆膄一、课程设计目的 3羀二、设计任务 3蚇三、功能要求与技术指标 3袅四、数字频率计工作原理概述 : 12芅薅衿***螄肁羀芆膃袁羂蚈袇薂一、课程设计目的蝿熟悉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。螆芆二、设计任务莂设计一数字频率计,用VHDL语言描述,用QuartusII工具编译和综合,并在实验板上实现。袀腿三、功能要求与技术指标蚆基本功能要求肃能够测量出方波的频率,其范围50Hz~50KHz。袂要求测量的频率绝对误差±5Hz。芇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。膅测量响应时间小于等于10秒。螃以上(1)~(4)基本功能要求均需实现。虿蚀发挥部分薄提高测量频率范围,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。薃可以设置量程分档显示,如X1档(显示范围1Hz~9999Hz),X10档(~),X100档(~)...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。螀若是方波能够测量方波的占空比,并通过数码管显示。螈以上(1)~(3)发挥功能可选择实现其中的若干项。羄芄四、数字频率计工作原理概述螂数字频率计简介袆在电子技术中,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。蚇肄常用频率测量方法:蕿方案一艿采用周期法。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。肆螄方案二蚁采用直接测频法。直接测频法就是在确定的闸门时间内,记录被测信号的脉冲个数。由于闸门时间通常不是待测信号的整数倍,这种方法的计数值也会产生最大为±1个脉冲误差。进一步分析测量准确度:设待测信号脉冲周期为Tx,频率为Fx,当测量时间为T=1s时,测量相对误差为Tx/T=Tx=1/Fx。由此可知直接测频法的测量准确度与信号的频率有关:当待测信号频率较高时,测量准确度也较高,反之测量准确度也较低。,具体实施方法如下:螂蝿直接测频法:羅采用一个标准的基准时钟,在单位闸门时间(1s)里对被测信号的脉冲数进行计数,即为信号的频率。由于闸门时间通常不是待测信号的整数倍,这种方法的计数值也会产生最大为±1个脉冲误差。羁进一步分析测量准确度:设待测信号脉冲周期为Tx,频率为Fx,当测量时间为T=1s时,测量相对误差为Tx/T=Tx=1/Fx。由此可知直接测频法的测量准确度与信号的频率有关:当待测信号频率较高时,测量准确度也较高,反之测量准确度也较低。葿袈具体设计流程:莅1).基本功能部分:螂(1).原理概述:薁利用FPGA实验板的基准时钟50M分频产生一个1Hz的脉冲方波作为闸门信号; 羆当待测信号的上升沿到来时,利用四个个十进制计数器(即最高能记到9999次数)对其上升沿进行计数;螄计数的同时不断把数锁存,并送到数码管显示部分显示;蒂当1Hz闸门信号的上升沿到来时,对锁存送到显示部分的数据用十进制显示到四位数码管,一旦显示后就把四个计数器的值清零,计数器重新对待测信号上升沿计数并锁存,直到 1Hz闸门信号的下个上升沿到来时在把这次闸门时间内记到的数据送去数码管显示。蚂如此循环,实现对不是固定频率的待测信号的频率每秒更新一次的功能。荿芃(2)设计原理时序图:节葿蒇羇羃蒁衿莆螃芈羈螅1Hz闸门信号蒃然后计数器清零clr=1,重新计数莀锁存计数值,并送数码管显示肆1秒时间宽度膅待测信号膄清零信号clr莁蒈2).扩展功能部分:蚄(1).原理概述:羄膈一、分档显示部分薇在基本功能的计数部分增加至八个计数器(即最高能记到 )对待测信号上升沿进行计数; 肄对记到的数据按优先级由最高位往低位判断,若第七位有进位,则表示第八个计数器有计数,故要锁存最高四位计数器内容并送数码管显示,若为第六位数码管有进位,则显示次高四位计数器内容,以此类推;蚅判断相应的档位的同时给每个档位一个变量赋值,用于判断小数点的位置。以KHZ为单位,则四位数码管最高能显示 9999Khz。芀若显示最高四位计数器内容(即是X100