基于FPGA的数字频率计设计

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基于fpga控制的数字频率计设计(含程序、仿真图)大学毕设论文

基于fpga控制的数字频率计设计(含程序、仿真图)大学毕设论文

目录1 引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题意义 (2)1.3 国内外现状及发展趋势 (2)1.4 系统开发环境及技术分析 (3)1.4.1 FPGA开发简介 (3)1.4.2 VHDL特点及设计方法 (5)2 需求分析 (7)2.1 系统基本要求 (7)2.2 系统结构 (7)3 系统设计 (8)3.1 总体方案比较 (8)3.2 程序流程图 (10)3.3 系统模块设计 (11)3.3.1 整形电路 (11)3.3.2 计数器 (12)3.3.3分频器 (14)3.3.4锁存器 (16)3.3.5控制器 (19)3.3.6 显示器 (22)4 系统仿真及测试 (23)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录1 (32)附录2 (35)1 引言1.1 课题背景进入信息时代以来,微电子技术和计算机技术飞速发展, 各种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, 特别是DSP技术诞生以后,电子测量技术更是迈进了一个全新的时代[1]。

近年来,DSP逐渐成为各种电子器件的基础器件,逐渐成为21世纪最具发展潜力的朝阳行业,甚至被誉为信息化数字化时代革命旗手。

在电子技术领域内,频率是一个最基本的参数,频率与其它许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系。

如时间,速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。

因此,频率的测量就显得更为重要。

而且,目前在电子测量中,频率的测量精确度是最高的.现在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。

而在实际工程中,不是对所有信号的频率测量都要求达到非常高的精度。

因此,本文提出了一种能满足一般测量精度要求,但成本低廉的数字频率计的设计方案。

在电子工程中、资源勘探、仪器仪表等相关应用中,频率计是工程技术人员必不可少的测量工具。

数字频率计是计算机,通信设备,音频视频等科研生产领域不可缺少的车辆仪器,采用VHDL语言编程设计实现的数字频率计,除被测信号的整形部分,键输入部分和数码显示部分以外其余全在一片FPGA芯片上实现,整个设计过程变得十分透明,快捷和方便,特别是对于各层次电路系统的工作时序的了解显得尤为准确而且具有灵活的现场可更改性。

基于FPGA数字频率计 (可测占空比)

基于FPGA数字频率计 (可测占空比)

VHDL 课程设计报告——基于FPGA的数字频率计姓名:学号:班级:目录1 设计原理 (1)2功能设计 (1)3系统总体框图 (1)4各功能块设计说明 (2)5实验结果 (14)6结论分析 (15)一、设计原理频计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,即闸门时间为1 s。

闸门时间可以根据需要取值,大于或小于1 s都可以。

闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸门时间越长,则每测一次频率的间隔就越长。

闸门时间越短,测得的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。

一般取1 s作为闸门时间,此测量方法称为直接测频法。

由于闸门时间通常不是待测信号的整数倍,这种方法的计数值也会产生最大为±1个脉冲误差。

进一步分析测量准确度:设待测信号脉冲周期为Tx,频率为Fx,当测量时间为T=1s时,测量相对误差为Tx/T=Tx=1/Fx。

由此可知直接测频法的测量准确度与信号的频率有关:当待测信号频率较高时,测量准确度也较高,反之测量准确度也较低。

二、功能设计1、测量范围:1HZ--------99MHZ,测量精度±1HZ。

2、测量结果高4位与低4位进行分页显示。

当超过9999HZ时,系统亮灯提示超出低4位显示范围,可通过按键进行高低4位结果的显示切换。

高4位显示时,伴有小数点位的点亮,提示已成功切换到高4位。

3、测量所测信号的占空比。

能够快速测出输入待测信号的占空比,并且通过按键,切换到占空比显示状态。

4、内置自测信号由内部时钟产生三个特定时钟,以供自身测试功能是否正常。

三、系统总体框图系统总框图四、各功能块设计说明1、时钟发生器通过对50MHZ的晶振时钟进行50M的分频,等到一个1HZ信号。

再通过此信号,通过2分频,得到一个0.5HZ的信号,从而得到高电平为1秒的闸门控制信号en来控制计数器的计数时间.再通过对en求反,等到锁存信号load.而清零信号clr则通过en与1HZ信号共同产生.同时对50MHZ信号进行500分频,一个两位的std_logic_vector(1 downto 0)信号在分频信号的驱动下不断加‘1’,等到“00”、“01”、“10”、“11”四种片选信号,对应4个数码管,从而驱动数码管的动态扫描显示。

基于FPGA的数字频率计实验报告(能测占空比)

基于FPGA的数字频率计实验报告(能测占空比)

基于FPGA的数字频率计设计学院:专业:班级:姓名:学号:审阅老师:评分:目录一、课程设计目的 (3)二、设计任务 (3)三、功能要求与技术指标 (3)四、数字频率计工作原理概述 (3)五.数字频率计实现方法 (4)六.结论与误差分析 (11)七.VHDL程序: (12)一、课程设计目的熟悉EDA工具,掌握用VHDL语言进行数字系统设计的基本方法和流程,提高工程实践能力。

二、设计任务设计一数字频率计,用VHDL语言描述,用QuartusII工具编译和综合,并在实验板上实现。

三、功能要求与技术指标1.基本功能要求(1)能够测量出方波的频率,其范围50Hz~50KHz。

(2)要求测量的频率绝对误差±5Hz。

(3)将测量出的频率以十进制格式在实验板上的4个数码管上显示。

(4)测量响应时间小于等于10秒。

以上(1)~(4)基本功能要求均需实现。

2.发挥部分(1)提高测量频率范围,如10Hz~100KHz或更高、更低频率,提高频率的测量绝对值误差,如达到±1Hz。

(2)可以设置量程分档显示,如X1档(显示范围1Hz~9999Hz),X10档(显示范围0.001KHz~9.999KHz),X100档(显示范围0.100KHz~999.9KHz)...可以自定义各档位的范围。

量程选择可以通过按键选择,也可以通过程序自动选择量程。

(3)若是方波能够测量方波的占空比,并通过数码管显示。

以上(1)~(3)发挥功能可选择实现其中的若干项。

四、数字频率计工作原理概述1.数字频率计简介在电子技术中,频率是最基本的参数之一,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。

而数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。

2.常用频率测量方法:方案一采用周期法。

通过测量待测信号的周期并求其倒数,需要有标准倍的频率,在待测信号的一个周期内,记录标准频率的周期数,这种方法的计数值会产生最大为±1个脉冲误差,并且测试精度与计数器中记录的数值有关,为了保证测试精度,测周期法仅适用于低频信号的测量。

基于FPGA的数字频率计设计

基于FPGA的数字频率计设计

基于FPGA的数字频率计设计摘要数字频率计是一种常用的电子测量仪器,在工程领域中广泛应用。

与传统的模拟频率计相比,数字频率计具有精度高、响应快、体积小等优点,在现代电子技术领域中广泛应用。

本文将介绍如何使用FPGA设计数字频率计,并通过示例演示FPGA的应用。

介绍数字频率计是一种将输入信号的频率转换成计数信号输出的电子工具,它可以测量频率、周期和时间间隔等参数。

频率计通常采用数字进制计数方式,其测量精度取决于计数器的精度和时钟频率。

在电子电路测试、无线通信、音频、视频等领域中,数字频率计起着至关重要的作用。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种具有灵活性、可编程性和高速性的逻辑芯片,适用于数字电路的设计和实现。

与ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)相比,FPGA具有短设计周期、可重构、低成本等特点。

在数字系统中,FPGA作为计数器的电子部件,使得数字频率计的设计变得更加灵活和简便。

FPGA数字频率计设计系统框图FPGA数字频率计的系统框图如下:FPGA数字频率计系统框图FPGA数字频率计系统框图如图所示,FPGA数字频率计的输入端连接到待测信号,经过放大和滤波处理后送入计数器中进行计数,计数器输出的计数值存储在FPGA的存储器中并进行处理,最终形成数字频率读数并显示在数码管上。

输入端FPGA数字频率计的输入端通常使用低噪声前置放大器和有限带宽滤波器的组合,以保证待测信号的准确度和稳定性。

实际设计中应根据待测信号的具体情况选择合适的放大系数和滤波器参数。

计数器数字频率计的计数器是FPGA实现的核心部件。

计数器根据输入端计数触发信号进行计数,并将计数器输出的计数值存储在FPGA的存储器中。

计数器的计数值越大,频率读数的分辨率就越高。

在FPGA中,计数器可以采用累加计数器或移位寄存器计算,具体实现取决于设计者的需求和性能要求。

基于FPGA高精度数字频率计的设计说明

基于FPGA高精度数字频率计的设计说明

二、文献综述20世纪末,数字电子技术得到了飞速发展,有力地推动和促进了社会生产力的发展和社会信息化的提高,数字电子技术的应用已经渗透到人类生活的各个方面。

从计算机到手机,从数字到数字电视,从家用电器到军用设备,从工业自动化到航天技术,都尽可能采用了数字电子技术。

现代电子设计技术的核心是EDA技术。

EDA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。

EDA技术使实现,极大地提高了设计效率,缩短了设计周期,节省了设计成本。

今天EDA技术已经成为电子设计的重要工具,无论是设计芯片还是设计系统,如果没有EDA工具的支持,都将是难以完成的。

EDA工具已经成为现代电路设计工程师的重要武器,正在发挥越来越重要的作用。

为了提高自身的实践能力与专业知识应用能力,为了更快地与社会实际和社会需要接轨,这次毕业设计我选择了以EDA技术为方向,设计数字频率计,在所参考的文献中,都包含了这一技术。

相信通过此次毕业设计将为我更全面更系统更深入地掌握EDA技术打下良好的基础。

EDA发展历程EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展,经历了三个发展阶段,即:20世纪70年代发展起来的CAD技术;0世纪80年代开始应用的CAE技术;20世纪90年代后期,出现的以硬件描述语言、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术,这时的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力,而且能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力,具有高级抽象的设计构思手段。

基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现

基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现

基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现1. 引言1.1 背景介绍数字计数器是一种广泛应用于科学研究、工程技术和日常生活中的仪器设备,用于测量信号的频率、周期和脉冲数量等。

随着科技的不断发展,对于数字频率计的精度和性能要求也越来越高。

传统的数字频率计主要基于单片机或专用芯片的设计,存在精度受限、功能单一等问题。

而基于FPGA和单片机的高精度数字频率计能够充分发挥FPGA在并行计算和高速数据处理方面的优势,结合单片机的灵活性和易编程性,实现更高精度、更丰富功能的数字频率测量。

本文基于FPGA和单片机,设计并实现了一种高精度数字频率计,具有高度精准、快速响应的特点。

通过软硬件结合的设计思路,实现了数字信号频率的精确测量,同时在硬件设计和软件设计上都进行了详细优化和实现。

系统测试结果表明,该数字频率计具有较高的测量精度和稳定性,在实验中取得了良好的效果和准确的测量数据。

此设计不仅具有实用价值,还对数字频率计的进一步研究和应用具有一定的参考意义。

1.2 研究意义随着科技的发展,对于频率计的要求也越来越高,需要具备更高的精度、更快的响应速度和更广泛的适用范围。

设计和实现基于FPGA 和单片机的高精度数字频率计具有重要的研究意义。

通过本文的研究,可以深入了解数字频率计的工作原理和设计方法,为高精度频率计的研究和应用提供参考和借鉴。

本文的研究成果还可以为提高电子测量仪器的性能,推动数字频率计技术的发展做出重要的贡献。

本文的研究具有重要的理论和实践意义。

1.3 研究现状当前,数字频率计在电子测量领域具有重要的应用价值,其精度和稳定性对于提高测量精度和准确性至关重要。

目前,数字频率计的研究主要集中在硬件设计和软件算法的优化上。

在硬件设计方面,传统的数字频率计主要采用FPGA(现场可编程门阵列)作为核心控制器,实现高速、高精度的频率测量。

通过合理的电路设计和时序控制,可以实现更稳定和准确的频率计算。

在软件设计方面,研究者们致力于优化频率计算算法,提高频率计算的速度和精度。

基于 fpga 的数字频率计的设计与实现

基于 fpga 的数字频率计的设计与实现

基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现随着现代科技的不断发展,我们对数字信号处理的需求也越来越高。

数字频率计作为一种用来测量信号频率的仪器,在许多领域有着广泛的应用,包括无线通信、雷达系统、声音处理等。

在这些应用中,精确、高速的频率测量常常是至关重要的。

而基于 FPGA 的数字频率计正是利用了 FPGA 高速并行处理的特点,能够实现高速、精确的频率计算,因此受到了广泛关注。

本文将从设计思路、硬件实现和软件调试三个方面,对基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现进行详细讲解。

一、设计思路1.1 频率计原理数字频率计的基本原理是通过对信号进行数字化,然后用计数器来记录单位时间内信号的周期数,最后根据计数器的数值和单位时间来计算信号的频率。

在 FPGA 中,可以通过硬件逻辑来实现这一过程,从而实现高速的频率计算。

1.2 FPGA 的优势FPGA 作为一种可编程逻辑器件,具有并行处理能力强、时钟频率高、资源丰富等优点。

这些特点使得 FPGA 在数字频率计的实现中具有天然的优势,能够实现高速、精确的频率测量。

1.3 设计方案在设计数字频率计时,可以采用过采样的方法,即对输入信号进行过取样,得到更高精度的测量结果。

还可以结合 PLL 锁相环等技术,对输入信号进行同步、滤波处理,提高频率测量的准确性和稳定性。

二、硬件实现2.1 信号采集在 FPGA 中,通常采用外部 ADC 转换芯片来对输入信号进行模数转换。

通过合理的采样率和分辨率设置,可以保证对输入信号进行精确的数字化处理。

2.2 计数器设计频率计最关键的部分就是计数器的设计。

在 FPGA 中,可以利用计数器模块对输入信号进行计数,并将计数结果送入逻辑单元进行进一步的处理。

2.3 频率计算通过对计数结果进行适当的处理和归一化,可以得到最终的信号频率。

在这一过程中,需要注意处理溢出、误差校正等问题,以保证频率测量的准确性和稳定性。

三、软件调试3.1 FPGA 开发环境在进行基于 FPGA 的数字频率计设计时,可以选择常见的开发工具,例如 Xilinx Vivado 或 Quartus II 等。

基于FPGA的等精度数字频率计设计

基于FPGA的等精度数字频率计设计

摘要频率是常用的物理量,工程中很多物理量的测量,如时间测量、速度控制等,都可转化为频率测量。

此外,还经常遇到以频率为参数的测量信号,例如流量、转速等。

所以频率测量方法的研究越来越受到重视。

基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低,在实用中有较大的局限性, 而等精度频率计不但具有较高的测量精度, 而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。

本课题设计的等精度数字频率计是采用当今电子设计领域流行的EDA技术,以FPGA为核心,配合STC89C51单片机。

同时,采用等精度测频原理,实现了0.01Hz--50MHz信号频率的等精度频率测量。

此外,该系统还实现测量周期、脉宽、占空比等功能。

设计中用一块FPGA芯片EP2C5Q208C8完成各种时序逻辑控制、计数功能。

在Ouartus II平台上,用VHDL语言编程完成FPGA的软件设计、编译、调试、仿真和下载。

用STC89C51单片机作为系统的主控部件,实现整个电路的测试信号控制、数据运算处理、键盘扫描和控制数码管的显示输出。

系统将单片机STC89C51的控制灵活性及FPGA芯片的现场可编程性相结合,不但大大缩短了开发研制周期,而且使本系统具有结构紧凑、体积小,可靠性高,测频范围宽、精度高等优点。

关键词:频率计;EDA技术;FPGA;单片机AbstractFrequency is commonly used physical quantity, lots of measurement of physical quantity in the project, such as the measurement of time, the control of velocity, can be changed into the measurement of frequency. Besides, the measured signal with a frequency parameter, such as the rate of flow, the rotational speed, is often encountered. So the research of the method of measuring frequency has become more and more significant in the real application.According to the principles of traditional frequency measurement , the measurement accuracy of frequency meter will decrease with the signal frequency decrease .but it has more limitations in the real application, equal precision frequency meter not only has high accuracy, but also maintains constant test accuracy in the whole frequency region .With the help of FPGA and cooperating with the single chip computer STC89C51,The digital frequency design in our program has realized the precision measurement of 0.01Hz-50MHz signal frequency by adopting the current EDA technique prevailing in the electronic designs and using the principle of multi-period synchrony frequency measurement. Besides, the system can complete the cycle, pulse width, duty cycle measurement function .In this design, using an FPGA chip EP2C5Q208C8 completes a variety of temporal logic control and counting function. In the platform of Ouartus II, using VHDL language completes FPGA software design, compiler, debugging, simulation, and download. By use of the STC89C51 single chip computer as the main controlling parts, the control of the tested signal, the scan of keyboard and the output display of LED can be realized. The system combines the control flexibility of STC89C51 with programmable performance of FPGA, consequently,not only can it shorten the period of the development and research, but also it has the advantages of compact structure, little volume, high reliability, wide scope and high precision. Keywords:Frequency meter,EDA technique,FPGA, Single chip computer目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究背景及意义 (1)1.2 本课题的主要内容 (2)2 系统设计的相关理论 (3)2.1 频率测量方法的研究 (3)2.1.1 常用测频方案 (3)2.1.2 等精度测频原理 (3)2.1.3 等精度测频误差分析 (5)2.2 单片机模块理论及知识 (5)2.2.1 MCS-51单片机结构简介 (5)2.2.2 Keil μvision 3软件概述 (7)2.2.3 Proteus软件概述 (7)2.3 FPGA模块理论及知识 (8)2.3.1 FPGA原理概述 (8)2.3.2 Quartus II 软件概述 (9)2.3.3 VHDL语言简介及开发优点 (11)3 系统硬件电路设计 (13)3.1 系统顶层电路组成 (13)3.2 被测信号放大整形电路设计 (13)3.3 单片机模块设计 (14)3.3.1 单片机最小系统 (14)3.3.2 键盘接口电路 (15)3.3.3 LED数码管显示电路 (17)3.4 FPGA模块电路设计 (18)3.4.1 基本单元电路 (19)3.4.2 测量与自检选择电路 (23)3.4.3 脉宽控制电路 (24)3.4.4 测频与测周期电路 (25)3.5 单片机与FPGA的相互控制电路 (26)4 系统软件设计 (28)4.1 单片机主程序设计 (28)4.2 复位自检程序设计 (28)4.3 键盘程序设计 (29)4.4 测频子程序设计 (30)4.5 测周期子程序设计 (31)4.6 测脉宽子程序设计 (32)4.7 测占空比子程序设计 (32)4.8 LED数码管显示子程序设计 (33)5 系统性能分析 (34)5.1 测量范围分析 (34)5.2 测量精度分析 (34)5.3 被测信号幅值分析 (34)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录一FPGA程序 (38)附录二单片机程序 (41)1绪论1.1本课题的研究背景及意义EDA(Electronic Design Automation——电子设计自动化)代表了当今电子设计技术的最新发展方向,通过VHDL(V ery High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)硬件描述语言的设计,用FPGA(Field-Programmable Gate Array——现场可编程门阵列)来实现小型电子设备的设计,是开发仪器仪表的主流。

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攀枝花学院本科毕业设计(论文)基于FPGA的数字频率计设计学生姓名:学生学号:************院(系):电气信息工程学院年级专业:2006级测控技术与仪器指导教师:二〇一〇年六月摘要在电子技术中,频率是最基本的参数之一,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十分重要。

数字频率计是数字电路中的典型应用,是电子测量与仪表技术最基础的电子仪器之一,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。

与传统的频率计相比,数字频率计具有精度高、测量范围大、可靠性好等优点。

是频率测量的重要手段之一。

该论文研究基于FPGA的数字频率计的设计,在QuartusII环境中,运用VHDL语言完成数字频率计的设计,并对设计进行综合、编译、仿真。

通过仿真分析,证明该频率计测量结果的正确性。

本文的主要内容概括如下:①介绍了数字频率计的基本内容和重要性,并对数字频率计的国内外研究现状进行了总结;并概括了本次设计的主要任务和内容。

②介绍了数字频率计设计开发环境,并对FPGA、QuartusII、VHDL进行了详细介绍对开发流程详细说明。

③根据实际需要对数字频率计设计方法、方案进行了可行性比较,并对其实现的功能进行了具体要求,对设计模块进行了划分,并定义了每个模块所实现的功能。

④用VHDL语言编程,具体实现频率计各个模块的功能, 对数字频率计仿真并验证其功能。

关键词:FPGA,QuartusII ,VHDL,频率计ABSTRACTIn electronics,frequency is one of the most basic parameters.And it have a close relationship with many measurement program of electrical parameters and measurement results, so the measurement of frequency is very important.Digital frequency meter is a typical applications in digital circuit,and one of the most basic electronic devices in electronic measurement and instrumentation technology. Digital frequency meter is an indispensable measuring instruments for scientific research and production as computers, communications equipment, audio, video. Compared with the conventional frequency counter,digital frequency meter have a high accuracy, measurement range and a good reliability. It is one of important measure for frequency measurement:The thesis research in design of digital frequency meter,FPGA-based. VHDL language is used to complete the design of digital frequency meter in QuartusII,and completed thesis with composited, compiled, simulated. Through simulation and analysis, The results show that the accuracy of measure for the frequency. The main contents of this thesis are summarized as follows:Firstly,it introduced the importance and basic content of digital frequency meter, and current research is summarized .the main tasks and content of this design are summarized.Secondly,design and development environment of digital frequency meter are introduced. FPGA, QuartusII and VHDL are described in detail.Thirdly,according to the actual needs of the digital frequency meter, design method and design program are compared to achieve the functions of their specific requirements, and defines the functions of each module to achieve the function.Lastly,the functions of each module achieved with VHDL language programming, simulation and verify functionality of the digital frequency meterKey words FPGA,QuartusII ,VHDL,digital frequency mete1 绪论数字频率计(DFM)是电子测量与仪表技术最基础的电子仪表类别之一,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,而且它是数字电压表(DVM)必不可少的部件,因此,数字频率计的发展对整个电子产品的发展起着举足轻重的作用。

本文采用测频法的思想,利用FPGA设计数字频率计,为提高检测可靠性和效率奠定了坚实的基础。

1.1 数字频率计概述数字频率计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、尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量。

当今数字频率计不仅是作为电压表、计算机、天线电广播通讯设备、工艺过程自动化装置。

集成数字频率计由于所用元件少、投资少、体积小、功耗低、且可靠性高、功能强、易于设计和研发,使得它具有技术上的实用性和应用的广泛性。

不论从彩色电视机、电冰箱,DVD,还是现在家庭常用到的数字电压表、数字万用表等都包含有频率计。

在智能化、数字化科技发展的今天,数字频率计已成为频率计发展的方向,与传统的频率计相比,数字频率计具有测量速度快、精度高、量程大、设计简单、读数方便等优点。

因此,数字频率计的发展对整个电子产品的发展起着举足轻重的作用[1]。

近年来,我国在数字频率计研究领域发展迅速。

目前,数字频率计的设计可以直接面向用户需求,根据系统的行为和功能要求,自上至下的逐层完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证,直到生成器件。

1.2 数字频率计的国内外研究现状由于社会发展和科技发展的需要,信息传输和处理的要求的提高,对频率的测量精度也提出了更高的要求,需要更高准确度的时频基准和更精密的测量技术。

而频率测量所能达到的精度,主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。

目前,国内外使用的测频的方法有很多,有直接测频法、内插法、游标法、时间-电压变化法、多周期同步法、频率倍增法、频差倍增法以及相位比较法等等。

直接测频的方法较简单,但精度不高。

内插法和游标法都是采用模拟的方法,虽然精度提高了,但是电路设计却很复杂;时间-电压变化法是利用电容充放电时间进行测量,由于经过A/D转换,速度较慢,且抗干扰能力较弱。

多周期同步法是精度较高的一种。

为了进一步的提高精度,通常采用模拟内插法或游标法与多周期同步法结合使用,虽然精度有了进一步的提高,但始终未解决1±个字的计数误差,而且这些方法设备复杂,不利于推广。

频率误差倍增法可以减小计数器的1±个字的误差,提高测量精度。

但用这种方法来提高测量精度是有限的,因为如要得到13f倍210⨯的测量精度,就要把被测频率x频到11mf=⨯=,这无论是对倍频技术,还是对目前的计数器1/210Hz5000MHzx都是很难实现的。

频差倍增-多周期法是一种频差倍增法和差拍法相结合的测量方法。

这种方法是将被测信号和参考信号经频差倍增使被测信号的相位起伏扩大,在通过混频器获得差拍信号,用电子计数器在低频下进行多周期测量,能在较少的倍增次数和同样的取样时间情况下,得到比测频法更高的系统分辨率和测量精度。

但是仍然存在着时标不稳而引入的误差和一定的触发误差。

以上只是对现存的几种主要的测频方法的概述,很显然从以上的分析中知道:不同的测频方法在不同的应用条件下是具有一定的优势。

总之,频率(时间)测量技术发展非常快。

在频标方面,一方面是追求新的更高稳定度和准确度的新型频标,据报道,实验室中做出频率准确度优于1310-的频标。

一方面是提供便于工业、科研应用的商品化频标,如小铯钟、铷频标、新型高稳定度晶体振荡器等这些工作多在计量研究与工业部门进行。

大量的工作在改进、创造新的测频原理、方法和仪器,以便以更高的精度、速度,自动进行测量和数据处理,并向多功能、小型化、高性价比方向发展。

在提高测频精度方面,值得特别提出的有全同步取样技术和可校准通用电子计数器技术,它们使测频精度提高到一个新的水平[2]。

我国的频率计不是落后发达国家太多,我国在这个领域的发展是极其迅速的,现在的技术实际已是多年来见证。

我国现阶段电子产品的市场特点,电子数字化发展很快。

在我国和发达国家的发展情况是趋于一致的,数字频率计已经应用于高科技等产品上面,可以不无夸张的说没有不包含有频率计的电子产品。

我国的CD、VCD、DVD和数字音响广播等新技术已大量进入市场;而在今天这些行业中都必须用到频率计。

到今天频率计已开始并正在向智能、精细方向的发展。

国外的发展比我国要早,所以在这些行业中还领先于我们,我国还是缺少开发和研发的资金投入,很多的电子企业都不太乐意去花大量的时间、资金和精力去研究和开发,这也就使得我国在这方面的人力和资金都不充足,也就无法于发达国家相比,不能够形成一个量产的效果。

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