频率计参考论文.docx

频率计的发展现状
在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的，可达 10—10E-13数量级。因此，
在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、 PH值、振动、位移、速度、 加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计 来测量，以提高精确度。
目前最主要的方法是基于单片机和 FPGA或CPLD利用EDA技术设计实现等精度频 率测量，这使设计过程大大简化，缩短了开发周期，减小了电路系统的体积，同时也有 利于保证频率计较高的精度和较好的可靠性。而实现等精度的算法主要是，在计数法和 测周期法基础上发展起来的新型等精度频率测量算法，主要原理是预置闸门信号频率时 随着被测信号频率的改变而改变，从而实现了等进度的测量。
FPGA 简介
FPGA 概述
FPGA是现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)的简称，与之相应的 CPLD是复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device的简称，两者的功 能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程 逻辑器件或CPLD/PGFA。CPLD/PGFA几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能 CPU,下至简单的74电路。它如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理 图输入或硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真可以事先验证设计的正 确性，在PCB完成以后，利用CPLD/FPGA的在线修改功能，随时修改设计而不必改动 硬件电路。使用CPLA/FPGA开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少 PCB面积, 提高系统的可靠性。这些优点使得 CPLA/FPGA技术在20世纪90年代以后得到飞速的 发展，同时也大大推动了 EDA软件和硬件描述语言HDL的进步［6］。
FPGA的发展现状
先进的ASIC生产工艺已经被用于FPGA的生产，越来越丰富的处理器内核被嵌入 到高端的FPGA芯片中，基于FPGA的开发成为一项系统级设计工程。随着半导体制造 工艺的不断提高，FPGA的集成度将不断提高，制造成本将不断降低，其作为替代ASIC 来实现电子系统的前景将日趋光明。
随着 EDA 技术在全球范围内的飞速发展，业界都在翘首以待基于 Linux 环境的
EDA 技术成为电路设计领域的主流。首先，由于 Linux 费用很低，源代码开放，这使
得 EDA 软件的前期开发费用很低，而且运行维护的成本也很低，同时大大方便了工程
师的设计工作。而 Linux 工作站的费用也要比 Unix 工作站便宜很多。此外， Linux 的
成本大约是 Unix 以及 Windows 的 1/15~1/10， 但是效能并不比后者差， 甚至运行速度要
更快一些。现在业界普遍的看法就是预计在未来的 5 年内， Linux 将成为 EDA 的主角。
可以预见， Linux 的普及只是时间问题 [11] 。
另一方面，随着现场可编程逻辑器件越来越高的集成度，加上对不断出现的 I/O 标
准、嵌入功能、高级时钟管理的支持，使得设计人员开始利用现场可编程逻辑器件来进
行系统级的片上设计。 Altera 公司目前正积极倡导 SOPC（ System On a Progrmmable Chip，
系统可编程芯片）。“片上可编程系统" （SOPC）得到迅速发展，主要有以下几个原因：
1）密度在 100 万门以上的现场可编程逻辑芯片已经面市；
2） 第 4 代现场可编程逻辑器件的开发工具已经成形，可对数量更多的门电路进行更
快速的分析和编译，并可使多名设计人员以项目组的方式同步工作；
3）知识产权（IP）得到重视，越来越多的设计人员以“设计重用”的方式对现有软
件代码加以充分利用，从而提高他们的设计效率并缩短上市时间。
Altera 公司为了实现 SOPC 的设计， 不仅研制开发出新器件， 而且还研制出新的开发
工具对这些新器件提供支持，并且与新芯片及软件相配合的是带知识产权的系统级设计
模块解决方案，它们的参数可由用户自己定义。芯片、软件及知识产权功能集构成了
Altera完整的可编程解决SOPC方案一一Excalibur解决方案，如图1-1给出了利用这一
方案实现 SOPC 的流程图 [12] 。
2 频率计的原理和设计
频率计的测频原理
等精度测频法
传统的测频方法有直接测频法和测周法，在一定的闸门时间内计数，门控信号和被
测信号不同步，计数值会产生一个脉冲的误差。等精度测频法采用门控信号和被测信号
同步，消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差。等精度频率测量方法消除了量化误
差，可以在整