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等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计（Design of equal precision digital frequency meter）作者：李欢（电子工程学院光信息科学与技术 1103班）指导教师：惠战强摘要：伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。
电子设计自动化是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。
数字频率计是一种基本的测量仪器。
它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。
采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。
本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的历史及其优点，然后介绍了频率测量的一般原理。
关键字：电子设计自动化；VHDL语言；频率测量；数字频率计AbstractThe Electronic Design Automation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuit's growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science, can be used in designing electronic product automatically.Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies.We firstly present some background information of EDA, FPGA/CPLD and VHDL;then introduced the general principle of frequency measurement. Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter.目录摘要................................................... 错误！未定义书签。
等精度测频法的频率计设计
摘要摘要频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。
频率计主要是由信号输入和放大电路、单片机模块、分频模块及显示电路模块组成。
AT89C52单片机是频率计的控制核心，来完成它待测信号的计数，译码，显示以及对分频比的控制。
利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。
在整个设计过程中，所制作的频率计采用外部分频，实现1Hz-1kHz的频率测量及1ms-100ms的脉宽测量，而且可以实现量程自动切换流程。
以AT89C52单片机为核心，通过单片机内部定时/计数器的门控时间，方便对频率计的测量。
其待测频率值使用LCD液晶显示器显示，并可以自动切换量程。
本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。
关键词：频率计,单片机,LCD液晶显示器。
I西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）I IABSTRACTABSTRACTFrequency measurement is one of the most basic measurement electronics measurement. Frequency counter is dominated by the signal input and the amplifier circuit, microcontroller module, frequency module and the display circuit module. AT89C52 microcontroller is to control the core frequency meter to complete its measured signal counting, decoding, display and control divider ratio. Use its internal timer / counter to complete the test signal frequency measurements.Throughout the design process, by making use of external parts of the frequency meter frequency to achieve frequency measurement and pulse width measurement 1ms-100ms of 1Hz-1kHz, and can realize automatic range switching processes. To AT89C52 microcontroller as the core, through the internal microcontroller timer / counter gate time, easy measurement of the frequency meter. Its measured frequency value using the LCD display, and can automatically switch range. The use of microcomputer technology to design a digital display of frequency meter, have a measurement of high accuracy, fast response, small size and so on.KEYWORDS: Frequency meter, Single chip, LCD display.III西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）I V目录目录1 绪论 (1)1.1 数字频率计简介 (1)1.2 单片机系统的研究现状 (2)1.3 频率计的研究现状 (2)1.4设计的技术要求和主要内容 (3)2 等精度频率计的原理与应用 (5)2.1 等精度频率计测量的原理 (5)2.2 脉冲宽度的测量方法 (6)2.3 等精度频率计的误差分析 (6)2.4 本章小结 (8)3 硬件电路设计 (9)3.1单片机周边电路 (9)3.2 51单片机及AT89C52介绍 (9)3.2.1 单片机简介 (9)3.2.2 AT89C52简介 (10)3.2.3 管脚说明 (11)3.2.4 AT89C52主要性能 (13)3.3 各部分电路图及电路工作原理分析 (13)3.3.1 时钟脉冲电路 (13)3.3.2 同步门逻辑控制电路 (14)3.3.3 LCD显示电路 (15)3.3.4 复位电路 (17)4 软件设计 (19)4.1 KEIL51软件简介 (19)4.2 软件的模块化设计及各部说明 (19)4.2.1 定时中断模块 (19)4.2.2 测量模块 (20)4.2.3 显示模块 (20)V西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）V I 4.2.4 软件流程图 (20)5 系统仿真与调试 (21)5.1 Proteus软件简介 (21)5.2 Proteus的电路仿真 (22)5.3误差分析 (24)总结 (27)致谢 (29)参考文献 (31)附录 (33)1 程序 (33)2 附图 (41)3 外文翻译 (44)绪论1 绪论1.1 数字频率计简介数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
采用等精度测频原理的频率计的设计
采用等精度测频原理的频率计的设计一．设计要求1.设计一个用等精度测频原理的频率计。
2.频率测量测量范围1~9999；3.用4位带小数点数码管显示其频率；二．测频原理及误差分析1.常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。
2.测频法就是在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：fx=Nx/Tw。
3.测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：fx=fs/Ns。
4.这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。
为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。
5.等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。
6.它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，测除了对被测信号计数所产生±1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。
等精度测频原理波形图7.在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。
8.首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。
然后预置闸门关闭信号（下降沿）到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。
可以看出，实际闸门时间τ与预置闸门时间τ1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期9.设在一次实际闸门时间τ中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。
10.标准信号的频率为fs，则被测信号的频率为11.由式（1）可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为12.δ=(|fxc-fx|/fxe)×100% (2)13.其中fxe为被测信号频率的准确值。
等精度频率计设计
等精度頑率廿o测Si模挟的片外输入果作者：林军招弟任战淸指导老iJih杰（黄冈师学院物理科学于技术学院林军招弟BffiS黄冈438000 ）蘭机和FPGA沟成的最小系貌为核心，以89C52单片机作为控制中心，汇编诸言编程oFPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8, VHDL语言编程，设双向口，等精度测颐模块，耀盘编码甘描模块等。
測颐模块的片外输人采作者：林军招弟I俯指导老加：杰（黄冈师学院物理科学于技术学院林军招弟任战涛黄冈438000 ）K5：本设廿以单片机和FPGA构成的最小系鋭为核心，以89C52单片机作为控制中呛，汇编讯言编程。
FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8, VHDL S言编程，设双向口,等精度測頫模块，健盘编码甘描模块等。
测频模块的片外输入呆作者：林军招弟任拔涛指导老加：杰（黄冈师学院胸理科学于技术学院林军招弟任故涛黄冈438000 ）摘要：本设廿以单片机和FPGA构成的E小系筑为核4以89C52单片机作为控制中呛，汇编讯言编程。
FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8, VHDL 言编程，设双向口,等精度d頑模快，建盘编码扫描模块等。
测频模块的片外输入呆作者：林军招弟任战淸指导老帅：杰（黄冈师学院物理科学于技术学院林军招弟任檢涛黄冈438000 ）摘要：本设廿以单片机和FPGA构成的最小系境为核心，以89C52单片机作为控制中心，汇编培言编程。
FPGA主芯片是Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8, VHDL培言编程，设双向口，等ft H « i模块，建盘编码扫描模块等。
测频模块的片外输人采用带宽运赦OPA637加大，并使用TL3116和LM311构建迟滞比较器整形为方波信号送人FPGA由可编程逻辑组建的K频单元运算;显示呆用TC6963C腔制液晶显示模快；等精度测量法。
等精度频率计
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
数 码 显 示 LED×8
P0
8
P3.0～ P3.1
P2
8
AT89C51
单片机
RET
显 示 驱 动 74LS164×8
待测信号
信号放大与
TCLK
整形电路
CPLD/FPGA BCLK 50 MHz晶 振
复位
P1.0～ P1.3
占空比
脉宽
周期
频率
电源
图13.3 等精度数字频率计电路系统原理框图
(13.4)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
可分别推得
fx
fs
Nx Ns
fxe
fs Ns
Nx Δet
根据相对误差的公式有
fxe fxe fx
fxe
fxe
(13.5) (13.6) (13.7)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
经整理可得到
f xe et f xe N s
因Δet≤1，故Δet/Ns≤1/Ns，即
1．测频/测周期的实现 (1) 令TF=0，选择等精度测频，然后在CONTRL的 CLR端加一正脉冲信号以完成测试电路状态的初始化。 (2) 由预置门控信号将CONTRL的START端置高电 平，预置门开始定时，此时由被测信号的上沿打开计 数器CNT1进行计数，同时使标准频率信号进入计数器 CNT2。
f xe
1
f xe ≤ N s
Ns=Tprfs
(13.8) (13.9)
第13章 等精度数字频率计的设计与分析
2．周期测量模块
(1) 直接周期测量法：用被测信号经放大整形后形成 的方波信号直接控制计数门控电路，使主门开放时间 等于信号周期Tx，时标为Ts的脉冲在主门开放时间进入 计数器。设在Tx期间计数值为N，可以根据以下公式来 算得被测信号周期：
等精度数字频率计的设计
等精度数字频率计的设计李艳秋摘要基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。
运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。
选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。
给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。
关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGAⅡABSTRACTAlong with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precisionKeywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate arrayⅡ目录目录摘要 (I)ABSTRACT··························································································I II1 绪论 (1)2 系统设计方案 (2)2.1系统设计方案的选择 (2)2.1.1 频率测量模块 (2)2.1.2 周期测量模块 (4)2.1.3 脉宽测量模块 (4)2.1.4 占空比测量模块 (4)3 系统总体设计方案 (5)4 CPLD/FPGA测频专用模块的VHDL程序设计 (6)4.1 测频模块逻辑结构 (6)4.2 各模块功能和工作步骤如下： (6)4.2.1 测频/测周期的实现 (7)4.2.2 控制部件设计 (7)4.2.3 脉冲宽度测量和占空比测量模块设计 (7)4.2.4 电路显示模块 (8)4.2.5 数码管的编码表 (10)5 单片机控制与运算程序的设计 (11)5.1 AT89C51RC单片机简介 (11)5.2 软件调试系统 (19)5.3具体试验过程 (20)5.3.1 第一次测试 (20)5.3.2 第二次计算 (22)5.4 系统调试的方法 (23)5.4.1 调试的软/硬件 (23)5.4.2 系统的仿真结果 (23)5.5 设计技巧分析 (25)5.6 系统扩展思路 (25)6 VHDL程序语言和FPGA简介 (26)6.1 vhdl程序语言介绍: (26)6.2 FPGA 简介 (28)6.3 VHDL 在FPGA中的运用 (29)攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录结论 (32)附录A：单片机程序和VHDL程序 (33)参考文献 (56)致谢 (57)IV1 绪论1 绪论测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。
等精度数字频率计设计
设计项目指标要求：
1、测频范围1Hz～100MHz。 2、测频精度：测频全域相对误差恒为百万分之一。
简易数字频率计的工作原理
译码、显示 标准秒脉冲
锁存信号LOAD 锁存器
控制器电路
计数输出
LOAD EN RST
输入信号Fin
闸门信号EN 8位十进制计数器
复位信号RST
1秒 1秒
简易数字频率计测频精度讨论：
黄冈师范学院课程改革项目中期检查汇报课
《EDA技术》
主讲：物科院 冯 杰
课程改革项目内容简介
1、理论课教学体系和教学模式：
打破传统教材格局，重构课程教学体系。
将课程全部内容分为11个教学“案例”。采用“案例式”教学模式。 1-4案例为基础部分。通过教学，使学生掌握EDA技术相关的基本知 识，掌握现代数字系统的设计思想和方法。 通过5-11等7个以学生生活实际和电子方面真实产品设计等工程项目 的案例教学，激发学生学习先进的电子技术的兴趣，强化学生应用意识， 让学生养成主动探索、努力进取、团结协作的习惯，培养学生工程实践能 力和创新意识。 11个案例如下：
课程改革项目内容简介
1、理论课教学体系和教学模式：
基础部分（1-3章：自学） （1）原理图设计方法、仿真技术及编程下载 （2）VHDL语言结构、编程方法、仿真技术（以组合电路为主） （3）时序电路设计（以计数器为主） （4）状态机程序设计（顺序控制器） 实际工程应用专题部分 （5）数字钟、闹钟及校园打铃系统设计 （6）霓虹灯控制电路设计 （7）交通灯控制电路设计 （8）数据采集系统设计（A/D转换控制器设计）
问题1的解决方案：
利用触发器将EN和输入信号FSIN进行同步
思考：既然精 度为100％，为 什么又提出误 差为百万分之 一？
等精度数字频率计设计设计
等精度数字频率计设计设计东华理工大学毕业设计（论文）摘要毕业设计（论文）题目：等精度数字频率计的设计Title: Equal Precision Frequency Meter Plan毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要频率检测是电子测量领域的最基本也是最重要的测量之一。