自动转换量程频率计控制器
自动换挡型1HZ-9.99KHZ频率计
自动换挡型1HZ-9.99KHZ频率计一．设计任务与要求1.设计一个能测量1HZ-9.99KHZ、TTL电平的频率计，具有自动换挡动能。
要求用三位数字显示，1-999HZ显示单位为HZ、1KHZ-9.99KHZ显示单位为0.01KHZ。
画出完整的电路图，说明电路的工作原理。
2.根据参考电路分析其工作原理并解答思考题。
3.根据原理电路图，在印刷电路图中标出元器件的位置及代号，并完成跳线，使连接完整。
4.组装、调试频率计；写出实验、调试报告。
二．方案设计与论证总体分析：数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
频率即是单位时（1S）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
方案一：图1是数字频率计的组成框图。
被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率f x 相同。
时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f x =NHz。
逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。
各信号之间的时序关系如图1所示。
图1——数字频率计的组成框图和波形图电路原理图如图2所示。
该电路主要由四部分组成：放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路以及输出显示电路。
放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DGl00组成放大器将输入频率为f x的周期信号如正弦波、三角波等进行放大，与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。
基于AT89C51的频率计设计
基于AT89C51的频率计设计第一章绪论；随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片；采用不同的测量原理，可以设计出不同结构的频率测量；通常能对频率和时间两种以上功能测量的数字化测量仪；1.1频率计的概述；数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产；本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用；1.2频率计的主要性能；1.2.1.测试功能；它表明数字频率计所具备的全部测试第一章绪论随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
对石英晶体振荡器，各种信号发生器，各种倍频和分频电路输出信号的频率需要测量；广播，电视，电讯，微电子技术等现代化的科学领域，更需要进行频率测量。
采用不同的测量原理，可以设计出不同结构的频率测量仪器，所以按测量原理来分，数字频率计可分为谐振式，比较式和计数式三类；按选用电路形式来分，它又可以分为模拟式和数字式两类。
通常能对频率和时间两种以上功能测量的数字化测量仪器，称为数字频率计，有时也称为通用计数器或电子计数器。
当前较多采用的是数字频率计。
计数式频率计是基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字计数技术发展起来的一类新型数字仪器。
与其他电子仪器一样，数字频率计也经历了电子管，晶体管和集成电路等几个阶段，其性能日臻完善，功能不断扩大，若配以适当的插件或传感器，还可以对多种电量和非电量进行测量。
1.1 频率计的概述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。
它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。
它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。
在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。
基于PIC16F628A频率计模块使用
菜单功能有:
— "ProG"：按住编程键显示“ProG”，放开后进入编程模式。
— "Quit"：设置不作任何修改，退出编程模式。
— "Add"：保存屏上显示先前测量的频率值，并将之后测量的频率值加上此值。
— "Sub"：保存屏上显示先前测量的频率值，并将之后测量的频率值减去此值。
— "Zero"：设置频率偏移值为零，显示值即是频率的实际测量值。之前设置频偏值被删
“PSave”/ 长按 设定或取消
“NoPSv”
节电模式
短按
长按 “Add”
显示一个加上频偏的频率， 详细见文字说明。
短按
长按 “Sub”
显示一个减去频偏的频率， 详细见文字说明。
短按 长按 “Zero”
显示无频偏的实际频率， 详细见文字说明。
短按
“Table”
长按
短按 短按 短按
长按
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
短按
长按
短按
进入编程模式方法，按住编程按键，直到 LED 显示屏上的显示“ProG”。然后放开按键，现 在处于编程模式的第一个菜单中。要选择下一个菜单或参数，请短按一下编程按键。要执行 所选的功能，请长按编程按键直至屏幕显示闪烁。
频率范围
显示
闸门时间
小数点
0 ~ 9.999 kHz
X.XXX
1 秒 闪烁（意味着频率单位是"kHz"）
10 ~ 99.999 kHz
XX.XXX
1/2 秒 闪烁
100 ~ 999.99 kHz
XXX.XX
1/4 秒 闪烁
1 ~ 9.9999 MHz
(完整word版)基于CPLD的频率计
四川理工学院小组成员：梁天德、傅青云、杨文科指导老师：徐金龙设计一个4位十进制数字显示的数字式频率计,用来测量输入信号的频率。
基本要求如下：（1）4位十进制数字显示的数字式频率计，其频率测量范围为1Hz～9999kHz；（2）有1～9999Hz和10～9999kHz两个量程，并用LED指示；（2）频率计能根据测试信号的频率进行量程能够自动转换。
（3）采用记忆显示方式，即在计数过程中不显示测试数据，待计数过程结束后显示测试结果，并将此结果保持到下一次计数结束，显示时间不小于1S；当输入的信号大于9999kHz 时，输出显示全H。
方案：频率的定义：信号在1秒内的变化次数。
对信号进行放大、整形，以方波的形式作为CPLD计数的输入。
需要产生1秒的阀门计数信号，控制CPLD的计数时间，可由8MHz时钟信号分频得到。
使用量程1(1~9999Hz)时,直接对方波信号进行计数，1秒内计数的到的值就是信号的频率，并在四位数码管上显示。
使用量程2（10~9999kHz）时，需要对信号进行1k分频，在1秒内对分频后的信号进行计数，计数的值就是当前信号的频率除以1k,并用四位数码管显示，注意当前量程单位是kHz,用LED指示。
量程自动切换：系统启动默认为量程1，在以后运行中，可以通过当前的计数值、量程、溢出标识来判断下一次应选择的计数的分频比、量程状态指示、绝对溢出显示，可通过组合逻辑来实现。
硬件电路信号放大整形8MHz系统时钟产生EPM7128SLC84-15 管脚配置量程指示4位数码管显示ISP下载系统电源软件部分(max+plus2环境)整体框架：信号输入，时钟输入，计数、量程控制核心，量程输出，4位数码管动态输出核心。
下面解剖计数、量程控制核心时钟信号。
被测信号输入：根据量程选择是否进行1K分频频率计计数核心：由4个BCD计数器74160和4个锁存器构成，注意虽然计数器清零信号和锁存器锁存信号都是1Hz，但是清零信号要比锁存信号晚一个时钟周期（1/8MHz）。
毕业设计-基于单片机的数字频率计设计
编号：毕业设计说明书题目：基于单片机的数字频率计设计院（系）：电子工程与自动化学院专业：自动化学生姓名：学号：指导教师：职称：教授题目类型：实验研究工程技术研究2012年5月10日摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，同时也是一个非常重要的参数，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。
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。
它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。
频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。
本文中详细介绍了频率计的仿真及设计过程。
本文设计了一种以单片机STC89C52为核心的数字频率计。
介绍了单片机、放大整形模块、分频模块和LCD1602显示模块等各个模块的组成和工作原理。
测量时，将被测输入信号送给单片机，通过程序控制计数，结果送LCD1602显示频率值。
本次设计是以单片机STC89C52为控制核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。
应用单片机的控制功能和数学运算能力，实现计数功能和频率的换算，最后显示测量的频率值。
本次设计所制作的频率计外围电路简单，大部分功能都通过软件编程实现，利用单片机控制实现频率计的自动换挡功能；用单片机中断控制端口实现频率的测量功能；通过分频电路实现对频率档位的控制。
本次设计的频率计具有测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。
实现了1Hz~4MHz范围的频率测量，而且可以实现量程自动切换。
关键词：频率计；单片机；计数器；测量AbstractFrequency measurement is the most basic measurement in electronic field, while also a very important parameter, and with a number of the measurement results of electrical parameters have a very close relationship, so, the measurement of frequency has become more important. The digital frequency meter is an indispensable of measuring instruments in the field of scientific research and production of computers, communications equipment, audio and video. It is a decimal number to display the signal's frequency measuring instruments. The frequency measurement is one of the most basic measurement electronics measurements. Frequency of simulation and design process is described in detail in this article. This paper introduces a microcontroller STC89C52 as the core design of digital frequency meter. Introduced of the composition and working principle of microcontroller, amplifying and shaping module, frequency division module and LCD1602 display module and other modules.The design is based on STC89C52 microcontroller for the control of the core, using its internal timer and counter to complete the test signal frequency measurement. Application control features of the microcontroller and the operational ability of the counting function and frequency conversion, and finally use displays the measured frequency value. The design frequency meter produced peripheral circuits is simple, most of the functions are controlled via software programming, application control features of the microcontroller to achieve the frequency of automatic shift function; frequency measurement functions the microcontroller interrupt control port; control of the frequency of stalls by the divider circuit. The design of the frequency meter is high accuracy, fast response, small size, etc. Achieve100Hz to 4MHz frequency measurements, and can automatically switch the flow to achieve scale.Key words：Frequency meter; microcontroller; counter; measurement目录引言 (1)1 绪论 (2)1.1 频率计概述 (2)1.2 频率计发展现状 (2)1.3 数字频率计的种类 (3)2 总体方案设计 (4)2.1 数字频率计设计内容 (4)2.2 频率测量原理 (4)2.3 总体思路 (5)2.4 具体模块 (5)3 硬件设计 (7)3.1 电路设计的内容和方法 (7)3.1.1 电路设计的步骤 (8)3.2 单片机概述 (8)3.2.1 STC89C52简介 (9)3.2.2 STC89C52RC引脚功能说明 (10)3.2.3 单片机引脚分配 (12)3.3 单片机最小系统 (13)3.3.1 单片机最小系统原理 (13)3.3.2 复位电路及时钟电路 (13)3.4 信号调理及放大整形模块 (14)3.4.1 LM318介绍 (14)3.4.2 1N4733及74LS14介绍 (15)3.5 分频模块 (15)3.5.1 74LS161介绍 (15)3.5.2 74LS153介绍 (16)3.6 LCD显示和键盘 (17)3.6.1 LCD1602简介 (17)3.7 MAX232简介 (20)4 系统软件设计 (22)4.1 软件设计 (22)4.1.1 主程序流程图设计 (22)4.1.2 子程序流程图设计 (22)4.2 Keil和Proteus软件介绍 (25)4.2.1 Keil简介 (25)4.2.2 Proteus简介 (26)4.3 程序编写及仿真图设计 (26)5 调试 (28)5.1 系统调试 (28)5.2 软件调试 (29)5.3 软硬件联合调试 (30)5.4 误差分析 (30)6 总结 (31)谢辞 (32)参考文献 (33)附录 (34)引言频率计是我们在电子电路实验中经常会用到的测量仪器之一，它能将频率用液晶显示器或者数码管直接显示出来，给测试带来很大的方便，使结果更加直接；且频率计还能对其他多种物理量进行测量，如声音的频率、机械振动的频率等，都可以先转变成电信号，然后用频率计来测量。
9基于状态机的设计
状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑 的特殊组合，它一般包括两个部分：组合逻 辑部分和寄存器部分。 米里型（Mealy）：输出是当前状态和当前 输入的函数。 摩尔型（Moore）：输出只是当前状态的函 数。
摩尔型（Moore）
moore状态机比较容易用数学的方式来分析，因 此被更广泛的用在代数状态机理论中（algebraic FSM theory）。
PROCESS REG 时序进程 current_state next_state PROCESS COM 组合进程 LOCK
PROCESS LATCH 锁存器
LOCK1 CLK 模拟信号输入
AD574
CS A0 RC K12/8 STATUS D[11..0]
RAM
OR
FIFO
AD574采样状态机工作时序
米里型（Mealy）
Mealy 状态机通常可以有更少的状态变量，因此 在工程领域有更为广阔的应用， 状态变量越少，则所需的存储单元就越少。
状态A 进入100k量程 reset=1;std_f_sel=00; cntlow=1 clear=1 cntover=1 状态B 100k量程测量 reset=0;std_f_sel=00; cntover=1 状态D 10k量程测量 reset=0;std_f_sel=01; cntover=1 状态E 1k量程测量 reset=0;std_f_sel=11; cntlow=1
状态C 开始进入10k量程 reset=1;std_f_sel=01;
cntlow=1 状态E 进入1k量程 reset=1;std_f_sel=11;
状态编码
状态编码主要有5种编码方式： 1．顺序编码。 2．格雷码编码。 3．单热编码（one-hot）。 4．随机编码。 5．自动编码（面积最小化）。
VC2000智能频率计使用说明书
2000智能频率计使用说明书第一章概述一、概述：VC2000频率计是多功能智能化仪器，具有：频率测量，脉冲计数，及晶体测量等功能，并有4档时间闸门，5档功能选择，和8位LED高亮度显示。
本频率计是一个10Hz--2400MHz的多功能智能频率计。
全部功能是用一个单片微控制器（CPU）来完成的。
本仪器是智能数字化仪器，晶体有恒温控制线路,降低了温度漂移造成的测量误差，本机有工作状态记忆功能，每次开机后均可按上次所设置的功能工作。
整机性能稳定, 功能齐全，是一种高性能，低价位的理想智能数字化仪器。
使用本机前请仔细阅读本仪器的资料和操作方法，以便取得最好的使用效果。
二、技术条件及说明1、测量〈1〉.输入端口本机有叁个输入通道端口①.A端口为50MHz--2400MHz的高频通道端口②.B端口为10Hz---50MHz的低频通道端口③.晶振端口为晶体测量端口〈2〉.频率测量①量程共有5个档位,第1--3档测频率,第4档测累计计数,第5档测晶体档位1 50MHz--2400MHz由A端口输入档位2 4MHz--50MHz由B端口输入档位3 10Hz--4MHz由B端口输入②分辨率分辨率表分辨率档位功能频率段0.1s 1.0s 5.0s 10s2400MHz--1000MHz 1k Hz 100Hz 100Hz 100Hz1 测频1000MHz--50MHz 1kHz 100Hz 10Hz 10Hz1Hz1Hz2 测频 50MHz--4MHz10Hz100Hz0.1Hz0.1Hz3 测频 4MHz--10Hz 10Hz1Hz4 计数最大显示99999999 ————5 测晶振 16MHz--3.5MHz10Hz 1Hz 1Hz 1Hz③闸门时间:0.1秒、1.0秒、 5.0秒、 10秒，可任选。
④精度:基准时间误差×被测频率±1个字<3>.累计测量档位4, B输入端口分辨率: ±1个字计数频率范围：10Hz-4MHz<4>.晶体测量档位5，由面板晶振插槽插入，测试范围：3.5MHz-16MHz。
Verilog-有限状态机设计
'define state1 2'b00
//不要加分号“;”
'define state2 2'b01
'define state3 2'b11
'define state4 2'b10
case(state)
'state1: …;
//调用，不要漏掉符号“'”
'state2: …;
……
要注意两种方式定义与调用时的区别，一般情况下，更倾向于采用方式1来定
if(x) next_state<=S3;
else next_state<=S0;
end
S3:begin
if(x)
next_state<=S1;
else next_state<=S2;
end
default: next_state<=S0;
/*default语句*/
endcase
end
always @(state) /*该过程产生输出逻辑*/
【例10.8】自动转换量程频率计控制器
/* 信号定义
clk:
时钟输入
reset:
系统复位信号
half_dollar: 投入5角硬币
one_dollar: 投入1元硬币
half_out: 找零信号
dispense: 机器售出饮料
collect:
提示取走饮料 */
第26页，共36页。
module FSM( clk, clr, out, start, step2, step3 ); input clk, clr, start, step2, step3;
电子系统课程设计——简易频率计
河南科技大学课程设计说明书课程名称＿现代电子系统课程设计＿＿题目＿简易数字频率计设计＿学院＿＿电子信息工程学院＿＿＿＿班级＿＿学生姓名＿＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿＿＿＿＿日期＿＿＿2011年12月16日＿＿课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称现代电子系统课程设计学生姓名专业班级设计题目简易数字频率计设计一、课程设计目的掌握高速AD的使用方法；掌握频率计的工作原理；掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法；了解基于FPGA的电子系统的设计方法。
二、设计内容、技术条件和要求设计一个具有如下功能的简易频率计。
（1）基本要求：a．被测信号的频率范围为1～20kHz，用4位数码管显示数据。
b．测量结果直接用十进制数值显示。
c．被测信号可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。
d．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。
e．当测量脉冲信号时，能显示其占空比（精度误差不大于1%）。
（2）发挥部分a．修改设计，实现自动切换量程。
b．构思方案，使整形时，以实现扩宽被测信号的幅值范围。
三、时间进度安排布置课题和讲解：1天查阅资料、设计：4天实验：3天撰写报告：2天四、主要参考文献何小艇《电子系统设计》浙江大学出版社2008.1潘松黄继业《EDA技术实用教程》科学出版社2006.10指导教师签字：2011年11月28日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。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。
随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。
将使整个系统大大简化。
提高整体的性能和可靠性。
在本文中，我们设计了一个简易数字频率计。
主要分为如下几个部分：●A/D模块：用VHDL语言写一个状态机，控制ADC0809芯片正常工作，使输入的被测模拟信号经过ADC0809芯片处理，转化为数字信号。
频率计课程设计实验报告
课程设计报告课程设计名称：电子系统综合课程设计课程设计题目：频率计频率计课程设计实验报告一、设计任务要求1、根本要求：设计一个3位十进制数字显示的数字式频率计，其频率测量范围在1MHz内。
量程分别为10kHz,100kHz和1MHz三档，即最大读数分别为和999kHz。
这里要求量程可以自动转换，详细要求如下：1〕、当读数大于999时，频率计处于超量程状态，此时显示器发出溢出指示〔最高位显示F，其余各位不显示数字〕，下一次测量时，量程自动增大一档。
2〕、当读数小于099时，频率计处于欠量程状态，下一次测量时，量程自动减小一档。
3〕、采用记忆显示方式，即计数过程中不显示数据，待计数过程完毕以后，显示测频结果，并将此显示结果保持到下一次计数完毕，显示时间不小于1s。
4〕、小数点位置随量程变更自动移位。
二、设计方案1、系统功能〔根本功能和附加功能〕根本功能：显示待测频率，LED灯显示小数点，显示待测频率的量程。
附加功能：实现量程自由变化，通过拨码开关控制待测频率大小。
2、系统设计方案说明1、分频模块：由于测频时不同量程档需要不同的时基信号，分频模块是必不可少的。
系统通过试验箱给定的50MHZ的频率通过分频变成0.5HZ，即1秒钟得计数时间，通过1秒钟的记数时间里待测频率上升沿的数量实现频率测定，待测频率通过分频，多路器等实现各频率的测定2 计数模块：想要实现频率的测定，其实就是在1秒钟的计数时间里对待测频率信号上升沿进展计数，所以计数模块是不可缺少的，本计数器需输出指示超量程和欠量程状态的信号。
3 量程控制模块：对待测频率的量程进展判断，确定量程以后，根据不同的量程，在试验箱上显示，我们的设计是4个量程〔1，2,3量程和超量程〕。
：4 BCD译码模块：用到实验箱SOPC上的6个静态共阳数码管中的后三个数码管，并且试验箱内部有译码器，只需要输入4位数就可以在数码管上显示。
三、各模块程序如下：1、分频模块程序：1〕百分频模块程序：module plj(clk,dingshi);input clk;output dingshi;reg [40:0] counter;reg dingshi;always @(posedge clk)beginif (counter==49) //计数时钟上升沿数量，100次时钟周期begin //输出一周期信号，得到100分频信号。
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江西科技师范学院毕业设计（论文）题目：自动转换量程频率计控制器设计系院：通信与电子学院专业：电子信息工程学生姓名：陈浩学号： 20061628指导老师：陈亮亮封面格式不对，封面格式电子档已放入群共享量程自动转换的数字式频率计的设计数字频率计是一种基本的测量仪器。
它被广泛应用与航天、电子、测控等领域。
它的基本测量原理是，首先让被测信号与标准信号一起通过一个闸门，然后用计数器计数信号脉冲的个数，把标准时间内的计数的结果，用锁存器锁存起来，最后用显示译码器，把锁存的结果用LED数码管显示出来。
根据数字频率计的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为四个模块来实现其功能，即整个数字频率计系统分为分频模块、计数并自动换挡模块、锁存器模块和译码器模块，并且分别用VHDL对其进行编程，实现了闸门控制信号、计数电路、锁存电路、显示电路等。
本设计方案还要求，被测输入信号的频率范围自动切换量程，控制小数点显示位置，并以十进制形式显示。
整个频率计设计在一块CPLD芯片上，与用其他方法做成的频率计相比，体积更小，性能更可靠。
频率计的测频范围：0~10MHz。
该设计方案通过了Max+plusⅡ软件仿真、硬件调试和软硬件综合测试。
关键词：数字频率计;电子设计自动化;CPLD;格式不对，而且你怎么会用到CPLD？目录第一章引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 频率计的发展情况 (3)第二章设计所用工具与环境介绍 (4)2.1 BTYG-EDA实验开发系统简介 (4)2.1.1 系统特点 (4)2.1.2 系统资源介绍 (4)2.2 CPLD简介 (5)2.2.1 CPLD器件结构简介 (5)2.2.2 典型CPLD器件简述 (8)2.2.3 CPLD在新技术中的应用 (11)2.3 VHDL语言简介 (12)2.3.1 VHDL的发展情况与特点 (12)2.3.2 VHDL语言结构 (14)第三章频率计的设计方案 (18)3.1 传统方法 (18)3.2 现代方法 (18)3.2.1 自顶向下的设计方法 (18)3.2.2 与传统的设计方法相比EDA的特点 (19)3.3 本设计的方法 (21)第四章数字频率计的设计 (23)4.1 频率计的设计要求与原理 (23)4.1.1 设计要求 (23)4.1.2 频率测量方法及原理 (23)4.2 频率计的硬件设计 (25)4.2.1 电子设计的发展情况 (25)4.3 频率计的软件设计及其仿真 (26)4.3.1 软件设计的实现 (26)4.3.2 功能模块的实现 (27)4.3.3 各模块基于VHDL的设计与仿真 (28)4.4 下载验证 (37)4.4.1 管脚分配 (37)4.4.2 硬件调试 (39)4.4.3 软件调试 (40)4.4.4 数据下载与验证 (40)第五章实验测试与误差分析 (43)5.1 实验测试的方法 (43)5.2 系统的验证 (43)5.3 频率测量精度分析 (44)5.4 测量误差分析 (45)总结语 (47)参考文献 (48)Abstract (49)附录 (50)第一章引言1.1 研究背景近年来信息技术、电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的大大提高。
前几年的数字频率计一般由分离元件搭接而成，其测量范围、测量精度和测量速度都受到很大的限制。
虽然单片机的发展与应用改善了这一缺陷，但由于单片机本身也受到工作频率及内部计数器位数等因素的限制，所以无法在此领域取得突破性的进展。
随着新型可编程逻辑器件FPGA/CPLD技术的发展，能够将大量的逻辑功能集成在单个器件中，FPGA/CPLD根据不同的需要所提供的门数可以从几十万到上百万门，从根本上解决了单片机的先天性不足。
本课题所设计的量程自动转换的数字频率计不但集成度远远超过了以往的数字频率计，而且在基准频率等外部条件的允许下，可以根据不同场合的精度要求，对硬件描述语言进行一定的改动，使系统在精度提高的同时，而不增加系统硬件，从而降低系统的整体造价。
随着EDA技术的发展，现代频率计的设计多采用基于FPGA/CPLD芯片的方法来实现频率计的设计，即通过VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)硬件描述语言的设计，用FPGA/CPLD来实现。
现代电子设计技术的核心是EDA(Electronic DesignAutomation)技术。
就是依赖功能强大的计算机，使设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
FPGA/CPLD即现场可编程逻辑器件是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内的RAM进行编程。
用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时，FPGA/CPLD芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，培植完成后，FPGA/CPLD进入工作状态。
掉电后，FPGA/CPLD恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此FPGA能够反复使用。
FPG/CPLD A的编程无须专用的FPGA/CPLD编程器，只需使用通用的EPROM、PROM编程器即可。
当需要修改FPGA/CPLD功能时，只需换一片EPROM即可。
这样，同一片FPGA/CPLD，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。
因此，FPGA/CPLD的使用非常灵活。
同时EDA开发工具的通用性、设计语言（本设计为VHDL）的标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构无关，所以设计成功的各类逻辑功能块软件有很好的兼容性和可移植性，可以在很短的时间内完成十分复杂的系统设计EDA（电子设计自动化）技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对硬件语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作（文本选用的开发工具为Altera公司的Max+plusII）。
EDA的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作，大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度。
设计者的工作仅限于利用软件方式，即利用硬件描述语言（如VHDL）来完成对系统硬件功能的描述。
VHDL语言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成电路硬件描述语言）诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已成为IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一种工业标准硬件描述语言，相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（Library-based）的设计特点，因此设计者可以不必了解硬件结构设计，从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用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器件去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。
1.2 频率计的发展情况频率测量是电子测量中最为基本的测量之一。
由于频率信号抗干扰能力强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。
随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普及的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。
在电子工程、源勘探、仪表等相关应用中，率计是工程技术人员必不可少的测量工具。
不少物理量的测量，如转速、振动频率等的测量都涉及到或可以转化为频率的测量。
目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计，但价格不菲。
为适应实际工作的需要，本文在简述频率测量的基本原理和方法的基础上，提供一种基于FPGA/CPLD 的数字频率计的设计和实现过程，本方案不但切实可行，而且具有成本低廉、小巧轻便、便于携带等特点。
数字频率计是一种基本的测量仪器，是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
因此，它被广泛应用与航天、电子、测控等领域。
它是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生较大的延时，造成测量误差、可靠性差。
随着可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具为开发平台，运用VHDL语言，将使系统大大简化，提高整体的性能和可靠性。
1.用单元电路或单片机技术设计的频率计电路复杂、稳定性差。
采用EDA技术就能够克服这一点，它可以把具有控制功能的各个模块程序下载在一块芯片上。
这一块芯片就能代替原来的许许多多的单元电路或单片机的控制芯片和大量的外围电路。
大大的简化了电路结构的复杂性，又提高了电路的稳定性。
2.以往的频率计测量范围都是有限的，为测量不同频率的信号都要专门的设计某一部分电路，这样很麻烦。
我们采用EDA技术可以通过修改程序来达到改变测量范围的目的。
第二章设计所用工具与环境介绍本实验用用到的主要硬件是:BTYG-EDA实验箱，核心芯片是CPLD，型号是FLEX10K20RC208-4。
软件是用的Max+plusII，使用VHDL语言进行编程后，放到此软件里进行编译和仿真，当没有错误的时候下载到实验箱,进行硬件调试，最后得以功能实现。
2.1 BTYG-EDA实验开发系统简介BTYG-EDA实验开发系统是一种多功能、高配置、高品质的EDA教学与开发设备，适用于大学本科EDA教学，课程设计与毕业设计，也适用于其他项目开发使用。
2.1.1系统特点可编程器件的I/O接口与输入输出器件（开关、按键、数码管、发光二极管、信号源等）采用固定连接，在可编程器件的有限I/O资源下最大限幅的连接上输入输出器件，使得该系统能满足从简单的数字电路基础实验到复杂的数字系统设计，并延伸到具有创新性的综合电子设计等项目的开发等方面。
试验方法上可以大量减少传统试验中需要大量连线而带来的诸多不便，使得实验从传统的硬件搭接为主转移到了以软件设计、仿真调试上来，并将传统的硬件设计方式用EDA技术来实现。
可以节省宝贵的设计时间，提高工作效率。
2.1.2系统资源介绍（1）主芯片采用2万门208引脚CPLD，型号为FLEX10K20RC208-4，提供147条IO线。
（2）设计有专用配置芯片插座，以便上电自动配置需要。
（3）主时钟频率4MHz。
（4）单步时钟按键。