基于FPGA的频率计的设计【开题报告】

开题报告

电子信息工程

基于FPGA的频率计的设计

一、课题研究意义及现状

电子计数器（测量频率仪器）于20世纪50年代初期问世，它是出现最早，发展最快的一类数字式仪器。今天的电子计数器与初期相比，面貌已焕然一新。就功能而言，早已冲破了初期只能测量频率的范围，成为一机多能的仪器；就其所采用的元件而言，不但早已晶体管化，并且已经大量采用集成电路，特别是近几年来采用了大规模集成电路，使仪器在小型化，耗电，可靠性各方面都有了很大的改善。目前，电子计数器已经完全取代了模拟式频率测量仪器。电子计数器分为四大类：通用计数器，频率计数器，时间计数器，特种计数器。通用计数器是具有多种测量功能，可以测量频率，周期，多周期平均，时间间隔等等功能，配上传感器，还可以测量长度，位移，重量，压力，温度等等。频率计数器是专门用来测量高频和微波频率的计数器，功能只有测频率和计数，频率范围很宽。时间计数器是以时间测量为基础的计数器，测量的准确度很高。特种计数器具有特种功能[1]。

随着现代科学技术的发展，频率及时间的测量以及它们的控制技术在科学技术各领域，特别是在计量学、电子技术、信息科学、通信、天文和电子仪器等领域占有越来越重要的地位。从国际发展的趋势上看，频率标准的准确度和稳定度提高得非常快，几乎是每隔6至8年就提高一个数量级。本文采用VHDL来设计频率计。VHDL（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，目前已经成为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（LibraryBased）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。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。

二、课题研究的主要目标任务和预期目标

主要任务：

本设计一种基于VHDL语言的FPGA技术的数字频率计，用十进制数码管显示被测信号的频率。

主要内容：

设计一个基于可编程逻辑实现的简易数字频率计。

基本要求：

1、建议选用Altera公司的DEII硬件平台,选用QUARTUSII为集成开发环境。

2、要求实现整个系统的设计。

3、对信号发生器输入的信号能显示测得的频率。

4、精确到个位。

预期目标：

⑴学习了解数字频率计的基本原理。

⑵学习掌握了可编程逻辑器件的应用

⑶编程实现一种基于VHDL的数字频率计。

⑷完成一篇应用性论文。

三、课题研究的方法及措施

首先是查阅书籍，了解关于数字频率计设计的一些基本原理，比如VHDL应用原理、数字频率计在软硬件设计等；然后通过收集相关论文，找出最新、最合理的设计方案来设计简易数字频率计。

在闸门信号有效的时间内开启计数器，对输入的波形进行计数，也就是对单位时间内被测信号的周期数进行累计。所以必须设计一个测频控制器（2）在闸门信号有效时间范围内，对输入的信号进行计数。主要是通过计数器的开启，对被测信号在单位时间内的重复的次数进行测量。所以必须设计一个计数器。（3）对所得的数据进行处理，并将其显示。主要显示的方法是将所得数据显示在数码管上。因此必须设计一个锁存器和译码器。

最后写好论文和答辩PTT，进行毕业答辩。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：自2010年10月1日至2011年6月25日。

第一阶段（4周）：搜集资料，分析课题，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述。

第二阶段（4周）：设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。

第三阶段（4周）：设计作品完善，文论修改。

五、参考文献

[1]王保强，窦文，白红.高精度测频方案设计[J].成都信息工程学院学报，2002，17(2)：77～81.

[2]孙华锦.基于VHDL语言的电子设计自动化及其应用[J].西安：西北工业大学，2002.3.

[3]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[4]唐俊翟，许雷，张群瞻.单片机原理与应用[M].北京：冶金工业出版社，2003.6（7），10～11.

[5]赵明安.用89C51开发的1000MHZ八位数字频率计[J].电子制作，2001，(2)：30～31．

[6]公茂法，孙皓，吕常智.简易数字频率计的设计与分析[J].山东矿业学院学报(自然科学版)，1999，18(2)：44～49．

[7]张国兴.用单片机制作数字频率计[J].电子制作，2005，(2)：32.

[8]阎石.数字电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社，1998.317．

[9]谢志芳.用AT89C51制作八位数字频率计[J].无线电，2003，(6)：35～36.

[10]徐煜明，韩雁.单片机原理及接口技术[M].北京：电子工业出版社2005

（6）：202～206．

[11]赫建国，刘立新，党剑华.基于单片机的频率计设计[J].西安邮电学院学报，2003，8(3)：31～34．

[12]刘雪根.数字频率计的误差分析[J].自动化与仪表，1996，11(3)：23～24.

[13]黄秉英等.时间频率的精确测量[M].北京：中国计量出版社，1986.