2015年全国大学生电子设计大赛f题_数字频率设计报告

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1、2015年全国大学生电子设计大赛设计报告2015年全国大学生电子设计竞赛数字频率计（F题）【本科组】182015年全国大学生电子设计大赛设计报告2015年8月15日摘要频率计是数字电路中的一个典型应用，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。该系统由信号输入电路、数据处理电路和显示电路构成，可实现数字频率计的测频率、周期、占空比、脉宽等各项功能。以FPGA为核心处理数据最更大程度地提高了精度。经过综合测评，发现该系统具有高分辨率、输入频率量程宽、测量精度高

2、和输出稳定等特点。关键词：FPGA频率计高精度等精度高带宽AbstractFrequencymeterisatypicalapplicationofdigitalcircuit,computer,communicationsequipment,audio,video,andotherareasofthescientificresearchproductionindispensablemeasuringinstrument,theroleoffrequencymeasurementinscienceandtechnology

3、researchandpracticalapplicationisincreasinglyimportant.Thesystemconsistsofsignalinputcircuit,dataprocessingcircuitanddisplaycircuit,whichcanrealizethedigitalfrequencymetermeasuringfrequency,cycle,pulserate,pulsewidthandsoonvariousfunctions.TheFPGAasthecoreprocessi

4、ngimprovestheaccuracyofdataisthegreater.Throughthecomprehensiveevaluation,foundthatthesystemhashighresolution,wideinputfrequencyrange,highmeasurementaccuracyandstableoutput.182015年全国大学生电子设计大赛设计报告Keywords:FPGA、Frequencymeter、Highprecision、equalprecision、Highbandwid

5、th目录目录2第一章设计任务与要求31.1设计任务31.2设计要求31.2.1基本要求31.2.2发挥部分3第二章方案讨论与选择42.1方案设计42.1.1方案一42.1.2方案二42.2方案选择5第三章理论分析与计算53.1总体分析53.2各项被测参数63.2.1等精度测量的原理：63.2.2等精度测量的实现63.2.3等精度数字频率计误差分析73.3宽带通道放大器分析73.4提高仪器灵敏度的措施7第四章硬件电路与程序设计84.1硬件电路84.1.1前置信号输入电路84.1.2主控FPGA94.1.3显示模块94.1.4

6、电源模块94.2程序设计104.2.1FPGA处理数据程序框图10第五章测试方案与结果10182015年全国大学生电子设计大赛设计报告5.1测试方案与测试结果105.1.1测试方案105.1.2测试结果105.2测试结果分析13参考文献13附录131、核心器件132、输入电路图143、FPGA顶层设计图154、实物图展示17第一章设计任务与要求1.1设计任务设计并制作一台闸门时间为1s的数字频率计。1.2设计要求1.2.1基本要求(1)频率和周期测量功能a．被测信号为正弦波，频率范围为1Hz～10MHz；b．被测信号有效值

7、电压范围为50mV～1V；c．测量相对误差的绝对值不大于10-4。(2)时间间隔测量功能a．被测信号为方波，频率范围为100Hz～1MHz；b．被测信号峰峰值电压范围为50mV～1V；c．被测时间间隔的范围为0.1μs～100ms；d．测量相对误差的绝对值不大于10-2。(3)测量数据刷新时间不大于2s，测量结果稳定，并能自动显示单位。1.2.2发挥部分(1)频率和周期测量的正弦信号频率范围为1Hz～100MHz，其他要求同基本要求（1）和（3）。(2)频率和周期测量时被测正弦信号的最小有效值电压为10mV182015年全

8、国大学生电子设计大赛设计报告，其他要求同基本要求（1）和（3）。(3)增加脉冲信号占空比的测量功能，要求：a．被测信号为矩形波，频率范围为1Hz～5MHz；b．被测信号峰峰值电压范围为50mV～1V；c．被测脉冲信号占空比的范围为10%～90%；d．显示的分辨率为0.1%，测量相对误差的绝对值不大于10