等精度频率的测量设计报告

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1、等精度频率的测量设计报告等精度频率的测量设计报告报告人：朱伯程（074100138）周哲远（074100137）报告摘要：本文介绍了一种同步测周期计数器的设计，并基于该计数器设计了一个高精度的数字频率计。文中给出了计数器的VHDL编码，并对频率计的FPGA实现进行了仿真验证，给出了测试结果。同时在分析了等精度测频在实现时存在的问题的基础上,介绍了一种基于自适应分频法的频率测量技术,可达到简化测量电路、提高系统可靠性、实现高精度和宽范围测量的目的关键词：频率计VHDLFPGA周期测量等精度自适应分频一、实验原理1．频率测

2、量的几种方法：工程上测量频率和周期的方法一般可以分为无源测频法、有源比较法、电子计数器3种。无源测频法又可分为谐振法和电桥法，常用于频率粗测，精度在1%左右。有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用信号线性叠加，产生拍频现象，通过检测零差后现象测频，常用于低频测量，误差在零点几赫;后者是利用两个信号非线性叠加，产生差频现象，通过检测零差现象测频，常用于高频测量，误差为士20Hz左右。可见，以上在测量范围和精度上都难以达到要求。电子计数器的测频原理实质上以比较法为基础，它将被测信号频率人与时基信号频率相比，两个频率相比

3、得到的结果以数字的形式显示出来。同时，它在测量范围和精度上都能达到要求。2．等精度测频基本原理等精度频率测量技术又叫做多周期同步测量技术，它主要由被测信号计数器、参考信号计数器、同步闸门控制器、采样时间控制器以及运算单元等组成，工作原理下图所示。波形图解：6报告人：朱伯程，周哲远等精度频率的测量设计报告根据设计任务的要求，因此我们选择用等精度测量法进行系统设计。一、实验任务与要求（一）任务设计一个简易等精度频率计。（二）要求a.测量范围信号：方波幅度：TTL电平；频率：1Hz～1MHzb.测试误差≤0.1%（全量程）*

4、闸门时间：～1s，响应时间：～2s乘除运算：单片机、FPGA、计算器计算二、系统总体方案设计根据测频过程的思路,可编写相应的软件。测频程序流程图下图所示：根据流程图与要求，本实验的需要注意的地方：1．计数器的位数。由于要测量的频率范围为1Hz~1MHz。所以可以设置计数器位数为20位。对于基准信号的频率，选用1MHz的标准脉冲信号。2．分频器。首先要进行2分频。（供粗测使用）。再进行任意分频，供精测使用。3．锁码器。为的是稳定计数器的最后数据。4．在第一次计数完成之后，要能自动对计数器进行清零。6报告人：朱伯程，周哲远

5、等精度频率的测量设计报告一、系统子模块实现及仿真结果1、首先进行分频.这里要用到自己定制的分频器它的VHDL代码如下：LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;ENTITYfsdISPORT(clock:INSTD_LOGIC;fsd_num:instd_logic_vector(19downto0);--输入要分频的数字，比如要8分频，只要输入相应的二进制就可以了。div_out:outstd_logic);ENDfsd

6、;ARCHITECTUREbhvOFfsdISBEGINPROCESS(clock)VARIABLEcout:INTEGER:=0;variablefsd_num_dec,half_fsd_num_dec:integer;BEGINfsd_num_dec:=conv_integer(fsd_num);half_fsd_num_dec:=fsd_num_dec/2;IFclock'EVENTANDclock='1'THENcout:=cout+1;IFcout

7、d_num_decTHENdiv_out<='1';ELSIFcout

8、输出的23位数据转换为20位数据输出。（由于宏模块的关系，输出的23的数据中只有20位是有用的）4计算部分,这部分的功能要把结果显示成十进制,并能进行分段表示.这部分的原理比较简单,但是用到的元件却比较多,如下:6报告人：朱伯程，周哲远等精度频率的测量设计报告5.整体布局一、系统测试用TTL电平作为输入信号,并用1MHz的脉冲作为