基于FPGA的高重频激光模拟器频率控制

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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

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的高速高精度频率测量的研究

基于FPGA的高速高精度频率测量的研究基于FPGA的高速高精度频率测量的研究摘要：以FPGA为核心的高速高精度的频率测量，不同于常用测频法和测周期法。

本文介绍的测频方法，不仅消除了直接测频方法中对测量频率需要采用分段测试的局际，而且在整个测试频段内能够保持高精度不变。

又由于采用FPGA芯片来实现频率测量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特点。

关键词：频率测量 FPGA 高精度引言在电子测量技术中，测频是最基本的测量之一。

常用的直接测频方法在实用中有较大的局限性，其测量精度随着被测信号频率的下降而降低，并且对被测信号的计数要产生±1个数字误差。

采用等精度频率测量方法具有测量精度，测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化；并且结合现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）具有集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测频范围可达到0.1Hz～100MHz，测频全域相对误差恒为1/1 000 000，1 测频原理及误差分析常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。

(范文先生网收集整理)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。

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。

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。

等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。

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。

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【摘要】本文介绍了基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现。

在文章阐述了研究背景、研究意义和研究内容。

在首先介绍了数字频率计的工作原理，然后分别讨论了基于FPGA和单片机的数字频率计的设计方案。

接着详细描述了硬件系统设计和软件系统设计。

在通过实验结果分析展示了设计的可靠性和高精度性能，并总结了设计的优缺点。

展望未来发展方向，提出了进一步优化和改进的建议。

通过本文的研究与实现，可为数字频率计的设计提供一种更高精度和更有效的解决方案，具有较好的应用前景和推广价值。

【关键词】FPGA、单片机、高精度数字频率计、硬件系统设计、软件系统设计、实验结果分析、设计优缺点总结、未来展望、数字频率计的原理、基于FPGA的设计、基于单片机的设计、研究背景、研究意义、研究内容。

1. 引言1.1 研究背景数字频率计是一种广泛应用于电子领域的重要仪器，用于准确测量信号的频率。

随着现代电子设备对频率精度的要求日益提高，高精度数字频率计的研究与应用变得越来越重要。

目前市面上的数字频率计大多基于FPGA或单片机进行设计，这两种方案各有优劣。

基于FPGA的数字频率计可以实现高速、高精度的频率测量，适用于需要处理大量数据的场景。

而基于单片机的数字频率计则更便于实现低功耗、低成本的设计，适用于对精度要求不是特别高的场合。

目前关于基于FPGA和单片机的高精度数字频率计设计的研究还比较有限，对于如何结合FPGA和单片机的特点，设计出既具有高精度又具有低成本的数字频率计仍有待探讨。

本文将重点研究基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现，旨在探讨如何充分发挥两者的优势，实现高精度、低成本的频率测量系统。

通过本研究，有望为数字频率计的设计与应用提供新的思路和方法。

1.2 研究意义数字频率计是现代电子技术中常用的一种测量设备，可以用于测量各种信号的频率。

随着科学技术的不断发展，对数字频率计的精度和性能要求越来越高。

基于FPGA的高精度频率计的设计与实现

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｓｉｇｎａｌｉｎｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎｓａｄｉｇｉｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ）．Ｂｅｓｉｄｅｓｍｅａｓｕｒｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎａｌｓｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｗｏｓｑｕａｒｅｓｉｇｎａｌｓａｎｄｔｈｅｄｕｔｙｒａｔｉｏｏｆａｐｕｌｓｅｓｉｇｎａ１．ＷｉｔｈＦＰＧＡａｎｄＭＣＵ（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）ａｓｔｈｅｋｅｒｎｅｌ。ｔｈｅｍｅｔｅｒａｄｏｐｔｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｌｌｅｄ‘ ＰａｒａｌｌｅｌＭｕｌｔｉ — ＷａｙｓＣｏｕｎｔｉｎｇＭｅｔｈｏｄ’ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ｓｉｇｎａｌｓｗｏｕｌｄｉｎｐｕｔＦＰＧＡａｆｔｅｒｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｍｏｄｕｌｅ．Ａｎｄｔｈｅｎｓｉｇｎａｌｓｗｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｍｕｌｔｉ－ｗａｙｓｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓａｎｄｂｅｃｏｕｎｔｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＭＣＵｗｏｕｌｄｓｅｌｅｃｔｔｈｅｍｏｓｔａｃｃｕｒａｔｅｒｅｓｕｌｔａｎｄｇｅｔｔｈｅｆｉｎａｌｒｅｓｕｌｔａｆｔｅｒｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｔｅｓｔ，ｔｈｅｍｅｔｅｒｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｓｉｇｎａｌｆｒｏｍ１Ｈｚｔｏ１９９ＭＨｚａｎｄｆｒｏｍ１０ｍＶｒｍｓｔｏｌＶｒｍｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｎｏｔａｂｏｖｅ０．０００１；ｔｈｅｍｅｔｅｒｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｗｏｓｑｕａｒｅｓｉｇｎａｌｓｆｒｏｍ５０ｍＶｔｏ１Ｖａｎｄｆｒｏｍ１００Ｈｚｔｏ１ＭＨｚｗｉｔｈｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｎｏｔａｂｏｖｅ１；ｔｈｅｍｅｔｅｒｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｄｕｔｙ

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的高重频激光模拟器频率控制

基于FPGA的高重频激光模拟器频率控制
连文泽;陈康;韩春生;李番
【期刊名称】《电光系统》
【年(卷),期】2010(000)002
【摘要】由于高重频激光模拟器激光频率变化范围大、精度高,通常采用的计数器分频固定频率时钟的方法无法满足系统要求,本文设计了一种基于FPGA片内PLL+数据库的宴现方式,通过分频变频时钟可以大幅度提高激光频率在变化范围内的精度.
【总页数】3页(P15-17)
【作者】连文泽;陈康;韩春生;李番
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州,450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州,450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州,450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州,450047
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.激光高重频干扰信号的重复频率研究 [J], 童忠诚
2.高重频电磁脉冲模拟器控制系统电磁防护研究 [J], 马丽华;冯德仁;李小龙;何山红;车文荃;熊瑛
3.基于高重频随机频率步进宽带雷达的频率匹配算法 [J], 彭岁阳;欧建平;卢大威;张军;沈振康
4.基于FPGA的可调谐光纤激光器频率锁定控制电路 [J], 郭庆亮;李宏伟;湛晖;张昕明;黄妍;吕国辉
5.基于FPGA的可调谐光纤激光器频率锁定控制电路 [J], 郭庆亮;李宏伟;湛晖;张昕明;黄妍;吕国辉
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基于FPGA的高精度频率计设计

基于FPGA的高精度频率计设计随着现代通信技术的发展，对于高精度频率计的需求越来越大。

传统的频率计主要基于微处理器实现，但在高频率和高精度要求下，性能和灵活性受到了限制。

为了满足这种需求，基于可编程逻辑器件（FPGA）的高精度频率计应运而生。

FPGA是一种可编程逻辑设备，可以重新配置电路结构以实现不同的功能。

具有并行处理、高速度和灵活性等特点，非常适合于高精度频率计的设计。

基于FPGA的高精度频率计可以实时测量和显示输入信号的频率，并具有较高的精度和稳定性。

设计一个基于FPGA的高精度频率计，首先需要确定设计的规格和目标。

一般来说，设计应具有以下要求：1.高频率计数：能够支持较高的输入频率范围，例如数百兆赫兹（MHz）。

2.高精度计数：能够实现较高的计数精度，通常为小数点后几位。

3.快速响应：能够实现实时计数和显示，以满足高速输入信号的需求。

4.稳定性和可靠性：稳定的输入信号计数和显示，在长时间运行中保持精度和稳定性。

根据以上要求，可以使用以下步骤设计一个基于FPGA的高精度频率计：1.输入接口：设计输入接口来接收频率信号。

可以使用差分输入接口或单端输入接口，根据需要选择合适的接口方式。

需要考虑抗干扰能力和信号质量等因素。

2.时钟同步：使用FPGA内部或外部的时钟信号来同步输入信号。

通过与时钟信号同步，可以实现准确稳定的计数和显示。

3.计数逻辑：设计计数逻辑电路来对输入信号进行计数。

可以使用计数器模块实现计数功能。

FPGA内部计数器可以满足较低频率要求，但对于较高频率，可能需要使用外部计数器模块。

4.频率计算：根据计数结果和计数时间，计算输入信号的频率。

可以使用FPGA内部的时钟模块来计算时间间隔，然后使用计数结果和时间间隔来计算频率。

高精度频率计可以通过多次计数和平均来提高计算精度。

5.显示和输出：设计输出接口来显示和输出测量结果。

可以使用FPGA内部的显示模块来显示频率值，也可以通过外部接口输出频率值。

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中国电子科技集团公司第二十七研究所．州４０４郑５０７
摘要：由于高重频激光模拟器激光频率变化范围火、度高，常采用的计数器分频固定频率时钟的方精通
法无法满足系统要求，文设计了一种基于ＦＧ片内ＰＬ＋数据库的实现方式，过分频变频时钟可以本ＰＡＬ通大幅度提高激光频率在变化范同内的精度。关键词：频率控制；ＰＡ：据库：频时钟ＦＧ数变
ｑｅｙｄｖｓｏｏｔｅｖｒａｅ￣ｑｅｃｌｃｕｎｃｉｉｉｎｔｈａｉｂｌｕｎｙｃｏｋ，ｔｅｌｓｒｆｅｕｎｙａｃｒｃａｎｒａｅｅｒａｌｔｉｈａｅｑｅｃｃｕａｙｃｎｂｅｉｃｅｓｄｒｍａｋｂｙｗｉｎｒｈｔｅｄｎａｃｓｏ．ｈｙｍｉｃｐｅ
Ｋｅｒｓ：ｒｑｎｙＣｏｔｏ；ＧＡ；ｔｂｓＡｌｅａｌｏｋｙｗｏｄＦｅｕｅｃｎｒｌＦＰＤａｅａｅ；ｔｒｂｅＣｌｃ
一
般为１ｚ２ｚ２ｚ而激光雷达一般在０Ｈ，０Ｈ或５Ｈ，
１引言
高重频激光信号模拟器工作频率在１Ｈ～０ｋｚ
率范围内，且在该范围内可以实现频率扫描，并其
工作任务要求激光频率在较大范围内动态变化、步进精度较高且连续可调，而激光发射频率受叫统控制，以能否设计出频率在大范围内可以实所现精确步进的时统成为设备能否实现其功能的重
ＧｏｐＣｒｏａｉｎ，ｈｎｚｏ５０７Ｃｉａ）ｒｕｏｐｒｔｏＺｅｇｈｕ４０４。ｈｎ
ＡｂｔａｔＢｅａｓｆｔｅｗｉｅｄｎａｃｓｏｎｇｒｃｓｏｆｌｓｒｆｅｕｎｙｏｉｈｒｐｔｔｏａｅｌｓｒｓｒｃ：ｃｕｅｏｈｄｙｍｉｃｐｅａｄｈｉｈｐｅｉｉｎｏａｅｑｅｃｆｈｇｅｅｉｉｎｒｔａｅｒ
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ｓｍｕａｏｉｌｔｒ．ｔｏｖｎｉｎｌｆｅｕｅｃｐｉｉｇｍｅｔｏａｅｉａｆｅｅｕｎｙｃｏｋｈｓｂｃｍｅｕｓｔｆｅｈｅｃｎｅｔａｑｎｙｓｌｔｎｎｈｄｂｓｄＯｌｘｄｆｑｅｃｌｃａｅｏｎａｉｉｄｏｒｔｉｒｓｔｙｔｍｅｏｓｓｅｎｅｄ．ＡｔｏａｅｎＦＰｍｅｈｄｂｓｄｏＧＡｕｌ．ＬＬ＋ｄｔｂｓｓｄｓｒｂｄｉｈｓｐｐｅ．ｔｉｈｂｒ — ｂｉｔｉＰｎａａａｅｉｅｃｉｅｎｔｉａｒｗｉｈｗｈｃｙｆｅ
中图分类号：Ｐ７Ｔ２４文献标识码：Ａ
ＴｅＦｅｕｎｙＣｏｔｏｆＨｉｈ－ｐｔｔｎＲａｅＬａｅｉｌｔｒＢａｅｎＦＰｈｒｑｅｃｎｒｌｏｇＲｅｅｉｏｔｓｒＳｍｕａｏｓｄｏＧＡｉ
高重频激光信号模拟器工作在一个较宽的频
几十ｋｚ围内：Ｈ范
（）时统步进相对精度高；ｂ（）时统工作频率高，对于激光测距机几Ｃ相十Ｈ和激光雷达几十ｋｚ高重频激光模拟器的ｚＨ１５ＭＨ要高很多：．ｚ（）在一定频率范围内可做频率扫描：ｄ（）南于工程化的原因时统占空比可调。ｅ由于这些特点，得时统没计难度较大。使通常时统的产生方法为单片机软件延时或中断定时，或将输入的固定频率时钟通过计数器分频从而产生设备需要的时统。由于叫统频率高达１５Ｍ，用单片机运算速度无法满足任务需．Ｈｚ使求。使用同定频率时钟分频方法产生时统的优点是设计简单，只适合于时统频率较低或者时统但
第２期２１００年０６月
电
光
系
统
ＮＯ．２
ห้องสมุดไป่ตู้
ＥｌｃｒｎｃａｄＥｌｃｒ — ｐｉａＳｓｅｓｅｔｏｉｎｅｔｏｏｔｃｌｙｔｍ
ＪｎＯ０ｕ．２ｌ
基于ＦＧＰＡ的高重频激光模拟器频率控制
连文泽，陈康，韩春生，李番