电子测量与仪器检测实验报告

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1、信息工程学院电子测量与仪器检测实验报告题目：等精度同步测频班级：学号：姓名：老师：2012年6月4日实验二等精度同步测频一、实验目的1、掌握等精度同步测频的工作原理。2、掌握VHDL和Verilog硬件描述语言的用法。3、掌握用硬件描述语言实现自己设计方案的方法。4、了解QuartusII或是MaxplusII的使用方法。5、学习用仿真工具调试硬件模块的方法以及用单片机访问FPGA的方法。二、实验仪器1、PC机一台。2、函数发生器一台。3、FPGA开发板一块。4、JTAG下载线一条。5、安装QuartusII或是Ma

2、xplusII软件。三、实验电路及原理说明1.实验原理图图2-1多周期同步测频的原理方框图2.工作波形图图2-2多周期同步测频的工作波形图3.工作原理1、工作原理图2-1给出了多周期同步测频率的原理方框图，图2-2是对应的工作波形图。其工作过程是：单片机预置一定宽度（如1s）的闸门脉冲信号，加至D触发器以形成同步闸门信号T；被测信号频率分两路加入，一路加至D触发器作为CP时钟，和预置闸门一起作用，在Q端形成同步闸门[见图2-2中T的波形]，并分别加到主门1和主门2上，将主门1、2同时打开；这时，被测频率通过主门1进入

3、计数器1，对进入的周期数进行计数，得计数值；同时，晶振标准频率通过主门2进入计数器，得计数值，其波形如图2-2所示，由图可得：因此：2、误差分析由以上工作过程和波形图可以看出，对被测信号的计数是与闸门同步的，故不存在量化（）误差。这样，用该计数器测频，不管频率高低，其精度是相同的。这时，误差仅发生在计数器2对的计数值上，因为主门2与之间并无同步关系，故仍存在量化误差。不过，通常，故误差相对小得多。多周期同步计数器测频的误差为：，N为T时间内晶振震荡的次数。3、系统整体框图图2-3等精度测频的系统总体框图4、框图解释：

4、1、波形变换器用来将待测正弦波变换成同频率的方波，以便于后面的数字电路的处理，通常使用比较器或是施密特触发器来完成。2、等精度测频器即是我们设计的核心单元，主要用来数出待测信号以及CLK_50M在一秒的定时内震荡的次数；里面包括两个32位的寄存器，这两个寄存器共用一组地址、读写、片选、数据总线，CPU可以通过这组总线来访问两个寄存器，从而便于CPU读取并计算出待测信号的频率。3、CPU用来读取“等精度测频”模块中的两个计数值，再利用这两个计数值推算出待测信号的频率，并获取按键指令以及控制显示设备用来显示结果。4、按键

5、用来接收用户的输入，每按一个键就会产生一个中断，使CPU转而执行相应的中断服务程序，从而完成相应的工作。5、显示设备可由led或是12864等简单、便宜的显示设备组成，通过CPU的控制把测得的数据（两个计数其中的值或是被测信号的频率）显示出来。4）采用Verilog或者VHDL实现等精度测频的模块等精度测频模块是本实验的核心模块，也是我们实验的主要内容，要求同学们用VHDL或是Verilog语言中的至少一种写出其功能，并用仿真工具进行时序仿真，验证模块的正确性。有条件的可以采用任一款式的单片机访问该等精度的测频模块，

6、直接使用函数发生器产生的方波作为待测信号，从而验证该模块的正确性。等精度测频模块是由三个更小的子模块组成的，分别是：异步秒脉冲模块、同步秒脉冲模块、计数器模块。这三个模块的符号图如下所示：Zhangfengying_Asyn_Sec_pulse_Module图2-4异步秒脉冲模块Zhangfengying_Syn_Sec_pulse_Module图2-5同步秒脉冲模块Zhangfengying_Counters图2-6计数器模块三个模块作用简介1、异步秒脉冲模块：用来产生接近一秒的正电平，系统正是通过计算这一秒内待测

7、信号的振动次数以及CLK_50M的振动次数，再通过这两个次数算出待测信号的频率的。之所以说是“异步秒脉冲”，这里的“异步”是相对于待测信号的步调的，也就是说，不与待测信号的上升沿或是下降沿同步，那么就是“异步的”。2、同步秒脉冲模块：根据异步秒脉冲模块产生的与待测信号同步的接近一秒的正电平，这里说的“同步”是相对于待测信号的，也就是说新生成的同步秒脉冲的起始时刻为待测信号的某一个上升沿（或下降沿），结束时刻也是待测信号的某一个上升沿（或下降沿）。3、计数器模块：用来数出同步秒脉冲的时间内CLK_50M震动的次数，比如

8、说N1，同时也可以数出同步秒脉冲时间内待测信号的振动次数，比如说N2，那么待测信号的频率将会是：N2/N1×50000000。该模块的内部有两个计数器，分别是CNTR1_CLK50M和CNTR2_SigX，其中前者对50M的CLK进行计数，后者对待测信号X进行计数，具体程序见后面附录Counters.V中的内容。一秒结束后计数的最终结果存放在r