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】2015年8月15日182015年全国大学生电子设计大赛设计报告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、测量精度高和输出稳定等特点。关键词

2、：FPGA频率计高精度等精度高带宽AbstractFrequencymeterisatypicalapplicationofdigitalcircuit,computer,communicationsequipment,audio,video,andotherareasofthescientificresearchproductionindispensablemeasuringinstrument,theroleoffrequencymeasurementinscienceandtechnologyresearchandpracticalappl

3、icationisincreasinglyimportant.Thesystemconsistsofsignalinputcircuit,dataprocessingcircuitanddisplaycircuit,whichcanrealizethedigitalfrequencymetermeasuringfrequency,cycle,pulserate,pulsewidthandsoonvariousfunctions.TheFPGAasthecoreprocessingimprovestheaccuracyofdataisthegrea

4、ter.Throughthecomprehensiveevaluation,foundthatthesystemhashighresolution,wideinputfrequencyrange,highmeasurementaccuracyandstableoutput.Keywords:FPGA、Frequencymeter、Highprecision、equalprecision、Highbandwidth182015年全国大学生电子设计大赛设计报告目录目录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.

5、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105.1测试方案与测试结果105

6、.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17182015年全国大学生电子设计大赛设计报告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．

7、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10mV，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

8、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10-2。(4)其他（例如，进一步降低被测信号电