实验四等精度测频

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1、实验四等精度测频一、实验目的1.掌握QuartusII软件的基本应用。2.掌握Modelsim软件的基木应用，学习通过仿真波形观察各信号逻辑关系。3.练习例化，多模块连接，规划小型程序结构。4.掌握等精度测频原理及Verilog程序实现方法。二、实验仪器与软件1.电脑2.FPGA开发板FBI393.QuartusII软件4.Modelsim软件三、实验原理频率是一个基本物理量，在各种物理实验及电路设计项目中经常对频率量进行测量，通常频率测量有三种方法：测周法、定时计数法和多周期同步测频法（等精度测频）。1.测周法测周法，适用于低频信号被测信号!I系统时钟廿［jltljtil

2、tlpulTuLnnnn图i测周法原理图测周法即测量一个信号周期（上升沿到上升沿）内包含的系统时钟周期的个数N,由于系统时钟周期为已知（系统频率fsys的倒数），因此很容易算出被测信号的周期：T=N*（1/fsys）进而得到被测信号频率：F=fsys/N从上述公式中可以得出，测周法适用于频率较低的信号，频率越低测量精度越高，同时测量时间也越慢。2.定时计数法闸门时间被测信号图2定时计数法定时计数法即在一个规定时间t（闸门）内，测量被测信号的周期个数N,则被测信号周期为：T=t/N,频率为：F=N/to从上述公式可以看出，定时计数法时候与频率较高的信号，频率越高精度越高。1.

3、多周期同步测量法多周期同步测量（等精度）预置闸门同步闸门被测信号系统时钟11111L:111111L1:1111nnnnUUU11irinnnnn卩口盯卩凹口卩nnnnnnJuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu11111叩nn卩卩nhnnUUUUUUUUUU11T=sent*(1/fsys)/eentF=eent*fsys/sent图3多周期同步测频法多周期同步测频法原理如图3所示，预置闸门控制单次测量时间，当预置闸门开启（高电平）时，测频并没有真正开始，而是要等到被测信号的上升沿到来，才开启同步闸门，即开始真正的测频。同样，当预置闸门关闭（低电平）时，测频并没冇被

4、终止，而是要等到被测信号的上升沿到来，才关闭同步闸门，停止测频。从图3可以看岀真正测频时间为同步闸门开启时间，略大于预置闸门时间，同步闸门开启时间与系统时钟和被测信号同步，测频误差不随频率人小变化，因此习惯上称多周期同步测量法为“等精度测频”。测频（同步闸门为高电平）时对系统时钟上升沿计数得到Nl,同时对被测信号上升沿计数得到N2。则被测信号周期为：T=N1*（1/fsys）/N2,频率为：F=N2*fsys/Nl。2.程序结构图4等精度测频实验程序结构如图4所示，方框内为等精度测频Verilog程序实现框图，其他部分为测试频率。四、实验内容和步龙1.在工程模板FB139_

5、Default的rtl了文件夹内编写程序fre_meas.v^data_proc.v和digi.v,并在顶层模块FB139-TOP.V内例化链接，完成等精度测频模块的编写。2.在仃1文件夹内编程key.v和key_proc.v,并生成PLL的IP核程序elk_gen.v,产生四种测试频率信号，通过按键对测试频率进行选择。3.在顶层模块FB139_TOP.V内例化连接所以模块。4.编写测试平台counter_tb.v,用Modelsim软件对程序进行仿真，分别观察各模块内部信号的逻辑关系是否正确。5.将仿真止确的程序加入QuartursII工程FB139_Default进行编

6、译，并通过USBBlasterK载器下载。用按键选择被测频率信号，观察数码管显示数据是否止确。五、预习要求1.练习Quartus11丄程建立过程。2.练习Modelsim工程建立过程。3.复习理论课内容“按键识别”和“数码管动态扫描”。4.预习等精度测频实现方法，推到计算公式，构思Verilog程序实现方法。六、实验报告1.整理实验程序。2.分析讨论实验中岀现的问题及解决方法。