基于FPGA的新型数字频率计的设计与仿真.pdf

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1、基于FPGA的新型数字频率计的设计与仿真张大为，姜忠山，鲁芳(海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001)DesignandSimulationofNewDigitalCymometerBasedonFPGAZHANGDa—wei，JIANGZhong—shan，LUFang(DepartmentofControlEngineering，NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai264001，China)摘要：基于测频原理及FPGA的设计思想，给0引言出了一种新型数字测频系统的设计方案，系统采用VHDL语

2、言，运用自顶向下的设计思想，采取将系频率计是计算机、通信设备和仪器仪表等诸多统按功能逐层分割的层次化设计方法。在具体实现领域中不可缺少的测量仪器。随着现代数字电子技上，以FPGA为中央处理器对被测频率信号进行周术的进一步发展，频率测量已成为电子测量技术中期采样，通过调用QuartusII的宏功能模块进行占最基本最常见的测量之一，数字频率计及其设计也受到越来越广泛的关注[1]。FPGA是在PAL，GAL空比计算，将所得占空比数值传输给128×64的液晶显示器，实现显示被测信号占空比数值和波形的等逻辑器件基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件，同以往的可编程逻辑器件相比

3、，FPGA的设计优化目的。硬件测试仿真结果验证了数字测频规模较大，集成度较高，适用于高速、高密度的高端系统的有效性和可行性。数字逻辑电路设计领域]。在现代数字电路设计关键词：数字频率计；占空比；FPGA中，采用FPGA结合硬件描述语言VHDL可以设中图分类号：TM935．1计出各种复杂的时序和逻辑电路，具有设计灵活、可文献标识码：A编程和高性能等优点。本文将介绍一种以FPGA文章编号：1001—2257(2011)09—0031一O3为控制核心，依据等精度测频原理，能够实现显示被Abstract：Basedontheprincipleoffrequency测频率信号占

4、空比数值和波形的新型数字频率计的measurementandtheprogrammingthoughtofFP—设计。GA，anewdigitalcymometerwhichusesVHDLlanguagewithuptobottomdesignanddivideslay—1数字频率计总体设计ersbyfunctionsisproposed．Intermsofrealiza—系统共分为4个部分，如图1所示。tion，thisdigitalcymometertakessampleofthemeasuredfrequencysignalbyFPGAcontrolling，

5、andmakesdutyratiocalculationbycallingforthefunctionmodulesinQuartusII，thentransmitsthevalueofdutyratiotothe128×64LCD．Itachieves图1系统结构intheshowofthevalueofdutyratioandthe1．1系统功能分析与实现waveformofmeasuredfrequencysigna1．Thetes—频率测量依据等精度测频原理r4]，通过状态机tingsimulationresultsshowtheeffectivenessan

6、d对高低脉冲进行6个数据位的计数。状态机分为3feasibilityofthisdigitalcymometer．个状态，分别为S2，S1，SO，其中S2为系统计数阶段的初始化，S1为系统对高脉冲的计数，SO为系统对Keywords：digitalcymometer；dutyratio；FP—低脉冲的计数。在高脉冲时所得计数值通过设置GAa1来记录，在低脉冲时所得计数值通过设置aO来收稿日期：2011—04—2O记录。128×64液晶显示器显示的是ASCII码，每《机械与电子92011(9)·31。基于FPGA的新型个数据位由BCD码计数表示，当数据满位后，向高的低8

7、位与“00110000”进行或运算，最后传输给液位进位。占空比的计算需先对信号的高脉冲进行采晶显示器。样计数，然后再对信号进行整周期的采样，系统通过波形显示部分主要根据接收到的占空比数值来设置标志位来实现对信号的高脉冲和整周期脉冲的显示出所测信号的波形。在本文数字频率计的占空采样计数。具体实现上，首先设置标志位对高脉冲比波形显示设计中，进行占空比的高位数据波形显进行采样计数，然后将标志位取反，对低脉冲进行采示，低位数据四舍五入到高位。波形显示在取1位样计数。通过标志位的控制，完成对信号一个整周占空比数值的基础上，进行乘l0，取高位数据进行期的计数。其