基于FPGA的数字频率计的设计(2)

CONTENTS

Abstract(Chinese) .................................................. I Abstract(English) ................................................. II

Chapter 1 Introduction ............................................. 1 1.1 Background and Significance .................................... 1 1.2 Domestic and foreign development ................................ 1 Chapter 2 Principle and Verilog HDL overview ......................... 3 2.1 Measuring principle ............................................ 3 2.1.1 Direct count frequency measurement method .................... 3 2.1.2 Precision frequency measurement method ....................... 5 2.1.3 With all BuCe frequency method .............................. 6 2.2 Verilog HDL overview .......................................... 7 2.2.1 Verilog HDL introduction .................................... 7 2.2.2 Verilog HDL program development processes .................... 8 2.3 Chapter summary .............................................. 8 Chapter 3 Digital frequency plan module design ........................ 9 3.1 Digital frequency plan design index ............................... 9 3.2 Digital frequency plan each module .............................. 10 3.2.1 Fre_counter top-level module ................................ 10 3.2.2 Points clk_gen frequency modules ............................ 12 3.2.3 Count count module ....................................... 14 3.2.4 The unit control module count_4units ......................... 15 3.2.5 Digital tube a choose led_sel module .......................... 15 3.2.6 Conversion module transform ................................ 17 3.3 Chapter summary ............................................. 18 Chapter 4 Digital frequency plan simulation .......................... 19 4.1Points frequency modules simulation waveform ..................... 19

V

4.2 Count module simulation waveform .............................. 19 4.3 The unit control module simulation waveform ...................... 20 4.4 Digital tube a chosen module .................................... 20 4.5 Conversion module ........................................... 21 4.6 Chapter summary ............................................. 21 Chapter 5 Chip introduction and tube foot distribution ................. 22 5.1 Introduced FPGA chip ......................................... 22 5.2 The code to pin assignment graph ............................... 22 5.3 Top principle diagram rendering ................................. 23 5.4 Chapter summary ............................................. 23 Conclusion ....................................................... 24 Acknowledgement ................................................ 25 References ....................................................... 26 Appendix 1 program .............................................. 28

VI

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

随着数字电路应用越来越广泛，传统的通用数字集成电路芯片已经很难满足系统功能的要求，而且随着系统复杂程度的不断增加，所需通用集成电路的数量呈爆炸性增长，使得电路板的体积迅速膨胀，系统可靠性难以保证[1]

。此外，现代电子产品的生命周期都很短，一个电路可能要在很短的时间内作改进以满足新的功能要求，对于通用集成电路来说则意味着重新设计和重新布线。而可编程逻辑器件克服了上述缺点，它把通用集成电路通过编程集成到一块尺寸很小的硅片上，成倍缩小了电路的体积，同时由于走线短，减少了干扰，提高了系统的可靠性[2]。

频率计在电子产品开发中也是广受重视的领域。很多厂家根据各种实际应用需要开发出了很多不同性能、不同档次的各类频率计产品[3]。产品的不断更新换代也促进了相关频率测量理论和频率计开发技术的不断进步。在高校相关专业，频率理论也是非常重要的教学内容[4]。在基础实验中，利用频率测量器件进行信号频率的测量更是必备基本操作技能之一。在开发性和综合性实验中，利用各种手段进行频率计的设计和开发也是一个重要课题[5]。

1.2 国内外发展情况

电子计数器是其它数字化仪器的基础，在它的输入通道接入各种模-数变换器，再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器。电子计数器的优点是测量精度高、量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现测量过程自动化，在工业生产和科学实验中得到广泛应用[6]。

它的主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中[7]。锁相式和直接数字式都同时具有容易实现产品系列化、小型化、模块化和工程化的特点，其中，锁相式更是以其容易实现相位同步的自动控

1

制且低功耗的特点成为众多业内人士的首选，应用最为广泛[8]。

频率计的发展也经历了从模拟到数字，从分立到集成、单片机(如美国Intersil公司研发的ICM7216D)、再到可编程逻辑器件(CPLD和FPGA)的漫长发展过程[9]。我国利用相检宽带测频技术设计的高精度频率计也非常具有突破性和实用性。如我国的XDU-17型高分辨频率计。在2005年我国还研制出了中国模拟测振仪，它采用通用微机，通过“东方科卡”和“DASP”、“PDB”等大型软件实现的“PC卡泰”——微机卡式自动检测分析仪器，是专门设计的集数据采集，信号处理，故障诊断，模态分析，桩基检测，噪声与声强测量，动力学修改和响应计算等多种功能于一体的独创性产品[10]。实现手段的进步使得频率计的性能、功能、性价比、可靠性等指标不断提高。目前频率计主要靠以下三个电路进行设计[11]：

（1）基于分立器件的模拟电路实现：即采用传统分立器件自下而上设计实现，这种方法在电子技术发展的早期采用较多。

（2）基于单片机的数字电路实现：即以技术及应用都非常成熟的单片机为核心控制部件加上中规模集成数字器件来实现。

（3）基于可编程逻辑器件的数字电路实现：即除了脉冲整形、键盘输入和显示等少部分电路外，频率计其余主要电路都用可编程逻辑器件来实现。

2

第2章 频率计测量原理及Verilog HDL概述

2.1 数字频率计测量原理

为了准确测量频率，人们研究出了很多方法。频率测量的准确度主要取决于所测量的频率范围和被测对象的特点。而测量所能达到的精度，既取决于基准频率源的精度，也取决于所使用的测量设备和测量方法[12]。下面介绍几种常用频率测量方法，分析各自优缺点。

2.1.1 直接计数测频法

目前广泛使用的直接测频法则适合 …… 此处隐藏：2917字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……