论文总字数：12192字

摘 要

频率是电信号中重要的参数之一，本设计中，首先介绍了一般和等精度频率计的测量原理，根据自顶向下的设计理念，提出了总体的设计方案在数字频率计的顶层设计中使用了4个不同功能的底层模块：cnt10模块、LATCH4模块、decoder模块和control模块，并对各个底层模块进行仿真，输出仿真波形，验证期正确性；最后根据设计方案搭建顶层模块，完成顶层实体的设计。本文基于FPGA等精度频率计的设计相对于一般的频率计的设计使用模块化的设计方法，使得它升级和维护都很方便、灵活；设计的频率计体积小，功耗低，稍加修改就可以改变数字频率计测量范围，拥有较高的整体性能和可靠性；造价比较低, 容易生产，具有较好的市场前景。

关键词：频率计，FPGA，仿真，底层模块

Abstract:Frequency is one of the important parameters of electrical signal, this design,firstly introduces the general and equal precision frequency measuring principle, according to the design idea of top-down, the bottom layer module 4 different functions using the top-level design of the overall design of the digital frequency meter in: cnt10 module, LATCH4 module, the decoder module and control module, and Simulation of each module, the output of the simulationwaveform to verify the correctness, period; finally, according to the designbuild top module, completed the design of the entity. The FPGA design of equal precision frequency meter based on relative to the design method of the general design of the frequency meter using modular, making it upgrade and maintenance are very convenient, flexible; small size, low power consumptiondesign of frequency meter, a little change can change the digital frequency meter measuring range, has higher performance and reliability,relatively low cost,easy production, and has good market prospects.

Key words:frequency meter, the FPGA, the simulation,the bottom module

目 录

1 绪论 4

1.1 课题研究的背景和意义 4

1.2 国内外研究现状和发展趋势 5

2.1 等精度频率计的功能原理 5

2.1 一般频率计的设计原理 5

2.2 等精度频率计的设计原理 6

2.3 等精度频率计的设计优缺点 7

3 等精度频率计的系统方案设计 7

3.1 系统的总体设计思路 7

3.2 计数器模块（cnt10） 8

3.3 锁存器模块（LATCH4） 8

3.4 显示模块(decoder) 9

3.5 控制模块（control） 10

3.6 等精度频率计的顶层原理图 11

结 论 13

参考文献 14

致谢 15

附录 16

1 绪论

当今21世纪人类已经全面迎来了信息化社会，对电子信息技术将不断的提出更高的发展要求，电子信息技术仍将继续是21世纪乃至未来最为关键的和最富有活力的高新科技领域之一。而集成电路(IC)技术在微电子领域具有十分重要的位置。伴随着IC技术的发展，电子设计自动化(Electronic Design Automation, EDA)己经渐渐成为高新科技领域十分重要的设计手段，其也普遍应用于模拟与数字电路系统等许多高新科技领域。

在电子技术中，频率就是单位时间内完成振动的次数，是描述正在振动的物体往复运动频繁程度的量，常用符号f或u表示，单位为秒分之一。频率是测量参量中最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都休戚相关，所以，频率的测量就显得十分重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有测量精度高、使用方便、测量速度快及便于实现测量过程自动化等众多优点，是频率测量领域十分重要的手段之一。数字式频率计的测频测量原理有两类：一是直接测频法，即在固定闸门时间内来测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，通常采用计数器、数据锁存器及控制电路实现，并通过改变计数器阀门的时间长短在达到不同的测量精度；间接测频法适用于低频信号的频率测量，在本设计中使用的是直接测频法，即用计数器在计算1S内输入信号周期的个数。

1.1 课题研究的背景和意义

在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。集成电路的类型很多，从大的方面可分为模拟和数字集成电路两大类。虽然它们都可模拟具体的物理过程，但其工作方式有着很大的不同。甚至可能完全不同。电路中的工作信号通常是用电脉冲表示的数字信号。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，以及其它各种单位时间内变化的物理量，因此，它的用途十分广泛。

数字频率计是一种用十进制数字来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、尖脉冲信号以及其它单位时间内变化的物理量。在当今国内外的数字频率计生产厂家生产的数字频率计在功能以及性能方面都还不错，而且都还在不断发展的当中，但其由于其结构比较复杂，价格也相对较高，如果在测量精准度要求比较低的测量情况下，使用这类的数字频率计就会不经济划算。我所设计的这款数字频率计能够可靠实现频率显示功能，原理及结构也比较简单，只是精准度稍差，所以可以运用到测量要求不高的场合，使用方便，成本也比较低廉。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

未来电子系统发展的方向是基于FPGA的IP核构造SOPC系统，这是国际信息产业领域中的热门技术，有很广阔的应用前景。

目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家、中国台湾厂家、欧美厂家。其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大。欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments 和 Agilent科技。

2.1 等精度频率计的功能原理

2.1 一般频率计的设计原理

频率的测量方法主要分为2种方法：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：12192字