基于FPGA的数字频率计设计【开题报告+文献综述+毕业论文】

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1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于FPGA的数字频率计设计一、课题研究意义及现状在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的，可达10—10数量级。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高精确度。国际上数字频率计的分类很多。因计数式频率计的测量功能繁多，用途很广。所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。通用型计数器：是一种具有多种测量功能、多种用

2、途的万能计数器。它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。专用计数器：指专门用来测量某种单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为基础的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、预置计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和自控技术等方面。数字频率计按频段

3、分类低速计数器：最高计数频率＜10MHz；中速计数器：最高计数频率10—100MHz；高速计数器：最高计数频率＞100MHz；微波频率计数器：测频范围1—80GHz或更高。目前国际国内通用数字频率计的主要技术参数：频率测量范围：电子计数器的测频范围，低端大部分从10Hz开始；高端则以不同型号的频率计而异。因此高端频率是确定低、中、高速计数器的依据。如果装配相应型号的变频器，各种类型的数字频率计的测量上限频率，可扩展十倍甚至几十倍。周期测量范围：数字频率计最大的测量周期，一般为10s，可测周期的最小时

4、间，依不同类型的频率计而定。对于低速通用计数器最小时间为1us；对中速通用计数器可小到10us。晶体振荡器的频率稳定度：晶体振荡器的频率稳定度，是决定频率计测量误差的一个重要指标。可用频率准确度、波动、时基稳定度、秒级频率稳定度等指标，来描述晶体振荡器的性能。输入灵敏度：输入灵敏度是指在测频范围内能够保证正常工作的最小输入电压。目前通用计数器一般都设计十二个输入通道。本次研究的课题是利用可编程逻辑器件（FPGA）来实现数字频率计的设计。FPGA是具有多层次描述系统硬件功能的能力，具有现场可编程在系统

5、调试的功能，能够在产品设计开发、制造过程中对产品中的器件、电路板甚至整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组。这样我们可以不必了解硬件的结构，而且在FPGA对电路进行行为描述后能进行仿真和纠错，然后通过逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，实现电路设计。由于它不仅涉及到软件编程，而且软硬件结合设计，使频率计的测量频率准确度、可靠性大大增加，另外，从体积和价格的角度考虑，用FPGA设计实现频率计存在更大的优势。二、课题研究的主要内容和预期目标1.主要内容设计并制

6、作一个8位数字频率计，主控部分应用FPGA实现。附加必要的外围设备拓展（如结果显示、必要调整等）；被测频率范围00000000-99999999HZ；能近似分析频率计的测频精度；综合研究输入灵敏度和频率稳定度特征等参数。2.预期目标预期完成一个数字频率计，利用主要以FPGA器件来完成，并最终完成软硬件结合通过,包括数字频率计前端信号的放大整形处理,数字频率计的VHDL设计实现，以及数字频率计的FPGA制作三方面的内容，重点是数字频率计的VHDL设计实现，运用模块化的思想设计实现数字频率计设计的全部过

7、程，包括模块的划分和相应模块的VHDL设计实现。在实际制作中采用了直接测频法。利用延时产生的时基门控信号来控制闸门，通过在单位时间内计数器记录下的脉冲个数计算出输入信号的频率，经过BCD模块的转换最终送入LED中显示。这样制作出来的频率计具有了FPGA的稳定性和成熟性，且具有可控制能力。上述功能主要由六个部分组成：被测信号调理电路主要完成对被测信号进行转换，使它变为计数器可用的脉冲信号，然后输入到计数器中；门控电路相当于开关，通过使能端，利用高低电平的转换来实现计数器及锁存器的工作状态，高电平为计数

8、器开始工作，低电平为计数器清零；计数器计下一定时间内被测信号的脉冲个数，然后发送到锁存器，锁存器记录计数器所计的个数，动态位选择模块用来驱动数码管显示频率测量的数据，分时的选择各个数码管进行显示；BCD译码模块和7段数码管用来转换和显示测量的结果。三、课题研究的方法及措施1．研究方法首先要对数字频率计的原理和FPGA进行一定了解，这需要查阅一定的资料，清楚该系统所需要实现的功能以及如何实现这些功能,FPGA的原理和其所能实现的功能。因为本次研究完成的主要是对数字频率计