简易等精度频率计-王章蓓(打印).doc

《简易等精度频率计-王章蓓(打印).doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、数字系统设计实践设计报告实验名称简易等精度频率计设计班级11电信升本学生姓名王章蓓学号113040063完成日期2012-05-09目录任务书2一、设计任务2二、设计要求2三、设计说明2正文3一、使用方法的选择和实现31.1等精度频率计3二、系统设计42.1程序总图4三、系统功能、指标及调试43.1输入模块设计43.2分频器模块设计53.3同步电路模块设计53.4门控闸门计数模块设计53.5运算模块设计63.6除法器进制转化模块设计63.7控制输出模块设计7四、系统模块程序84.1分频模块程序84.2寄存器模块84.3输出模块9五、引脚配置10六、系统测试11任务

2、书一、设计任务1.设计一个简易等精度频率计。2.通过7段数码管直接显示十进制的频率控制字和输出频率。二、设计要求1.测量范围信号：方波；幅度：TTL电平；频率：1Hz~1MHz。2.测量误差≤0.1%（全量程）。3.闸门时间：～1s，响应时间：～2s。4.乘除运算：单片机、FPGA、计算器。5.计算：时钟频率。三、设计说明1.预置闸门闸门可由一个“与”（或“或”）逻辑门电路实现。2.由于D触发器有锁存功能，同步信号由D触发器实现。3.输入频率与时钟频率之间的转换可以调用乘除法模块实现。正文摘要等精度频率计中频率的定义是周期信号在单位时间（1s）内的变化次数即周期数

3、。如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则频率可表达为：f＝N/T。本实验实现将需累加计数的信号即频率测量时为被测信号通过由一个“闸门”控制，并由一个“门控”信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）输出一个同步信号，经计数器A计数器B计数后通过运算电路还原出原始输入信号的频率。本实验基于FPGA，通过QuartusII软件编写的等精度频率计，通过编写，画图，模拟，仿真，调试等，最终在硬件箱上实现规定范围内的任意频率的调试，并用7段数码管直接显示。一、使用方法的选择和实现1.1等精度频率计图1-1等精度频率计原理图输入端：显示器清零端clr；外部被测

4、信号fx。输出端：以十进制的形式显示被测信号的频率。误差估计:误差与被测频率fx无关，这就是等精度测量方法。首先将预置闸门选择为0.5hz，占空比为50%。

5、误差

6、=1/(T*fs)≤0.1%，因为最大测试频率达到1Mhz，所以计算器A选择为20位，计算器B选择为14位，预闸门脉宽T为1s，fs为10KHz，可以满足最大计数值误差为0.1%的要求。显示用实验开发平台上的6个数码管直接显示（四个整数位、两个小数位）。二、系统设计2.1程序总图用实验箱内部时钟作为系统时钟，频率选择为10Khz；将时钟通过预置闸门脉冲发生器产生频率为0.5hz，脉宽为1s的同步后的闸门

7、脉冲；预置闸门脉冲发生器通过计数器来实现；同步电路采用D触发器，闸门AB采用与门；通过闸门A、B对输入波形和系统时钟波形进行计；计数器AB采用带异步清零端的计数器，最后讲两计数器连入两个寄存器，在同步后的脉冲下降沿来临时将数据锁存，然后将所存的计数值Na，Nb通过LPM乘除法模块进行频率公式计算，最后将计算值直接输出，方便观察。三、系统功能、指标及调试3.1输入模块设计图3.1-1输入模块引脚模块说明：en：系统清零端，en=0时系统自动清零；fx由信号发生器产生被测的方波信号；fc芯片外时钟发生器，根据误差要求，设定为10KHz；high_or_low：等于0时

8、输出所得结果前八位，反之输出剩下的两位。3.2分频器模块设计图3.2分频器模块模块说明：将fc作为时钟脉冲输入，仿照单片机的延时电路和计数器，Tc=1/10000s，实现跳变1000次时控制输出翻转一次，从而产生脉宽为1s的门控信号。3.3同步电路模块设计图3.3同步电路模块模块说明：使用同步电路模块来产生同步的闸门脉冲信号。同步电路使用D触发器形式，由于D触发器有锁存功能，因此能产生同步信号。3.4门控闸门计数模块设计图3.4门控闸门计数模块模块说明：利用计数器分别求出在1s的门控信号内被测信号fx与系统时钟fc所经过的个数Nx和Nc，同步后的fx和fc分别上升

9、沿触发两个计数器计数，等将数据存入寄存器后，两计数器延时清零，准备下一次任务。位数说明见运算模块。3.5运算模块设计图3.5运算模块模块说明：基于运算公式fx=Nx*fc/Nc，先将Nc*10K，然后放大1000倍，将小数部分升为整数部分，保证计算的精度。1M小于1024*1024，即2的20次方，而且十进制的1000000转成二进制的11110100001001000000需要20位，换言之二进制的11111111111111111111转成十进制的1048575为理论最大被测频率1.04MHz，同理10K——10011100010000，共计14位。3.6除法

10、器进制转化