频率计调研报告

大连科技学院毕业设计（论文）调研报告学生姓名王运运专业班级通信工程2012级1班所在院系电气工程学院指导教师鞠艳杰职称讲师所在单位电子电路教研室完成日期2016年3月25日大连科技学院2016届本科毕业生调研报大连科技学院2016届本科毕业生调研报调研报告1课题来源及意义频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其功能是实现信号的频率、周期、占空比以及脉宽等指标的测量，在电子测量、航海、探测、军事等众多领域的。主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。EDA为可编写程序设计硬件电路设计，可重复下载的优势非常明显。这样做既可节省时间又能避免不必要的资源浪费。FPGA以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。2国内外研究现状和发展趋势2.1研究现状：随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于抵挡产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性能搞，低价格。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，搞稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的计数器性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的频幕显示，对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器。我们应该视测试需要正确的选择，以达到最经济和最佳的应用效果。2.2发展趋势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实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频大连科技学院2016届本科毕业生调研报率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽。在人们的生活中频率计也发挥着越来越重要的作用，比如用数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量是频率较低，误差较大。频率仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时的跟踪捕捉到被测信号的频率变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的引用范围。在传统生产制造企业中，频率计被广泛应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出的频率变化，用于通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以用来对电台的跳帧信号进行分析。对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计。但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合需要测量很搞的频率要求，而测量精度也受到芯片本身的限制。提出的用AT8C52单片机设计频率计的方法可以解决这些问题，实现精度较高、等精度和宽范围频率计的设计。3研究内容频率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1S。闸门时间可以根据需要取值，大于或小于1S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1S作为闸门时间。数字频率计的关键组成部分包括测频控制信号发生器，计数器，锁存器，译码驱动电路和显示电路。数字频率计的功能,设计采用EDA技术，完成功能模块的划分，利用测频法的原理和VHDL语言，分别用VHDL语言完成底层模块的设计和以原理图的方法完成顶层模块的设计，采用自顶向下的设计方法，实现了1Hz～10kHz测量范围的的数字频率计，并在软件平台下分别对设计项目、各个模块以及顶层模块进行仿真分析。大连科技学院2016届本科毕业生调研报4研究方法及手段第一，通过查阅资料、自我学习以及向他人请教，掌握频率计的概念和基本思路，并在此基础上的方法。第二，自我分析，查阅资料提出频率计实现的方法原理；第三，在掌握频率计实现算法的基础上，根据VHDL语言的特点及应用例子将频率计的控制、计数、锁存、译码等电路模块进行VHDL文本描述。第四，利用QuartusⅡ进行编译、波形分析、仿真、调试程序。可行性分析：FPGA的结构灵活，其逻辑单元、能满足各种设计需求，其速度快、功耗低，通用性强，特别适用于复杂系统的设计。并且利用VHDL工业标准硬件描述语言,采用自顶向下(ToptoDown)和基于库(Library-based)的设计,设计者不但可以不必了解硬件结构设计,而且将使系统大大简化,提高整体的性能和可靠性，因此该设计比较容易实现5进度计划第一周：填写并审查《大连科技学院毕业设计（论文）课题进度计划与考核表》并确定研究内容。第二周：提交调研报告并进行外文翻译的查找准备工作。第三周：提交外文翻译资料，并学习VHDL语言，语法。第四周：阅读国内外有关频率计的相关资料并总结频率计的特点，继续学习编程语言VHDL的语法。第五周：总结分析频率计的工作原理，进行分块总结，确定总体方案。第六周：阅读资料，理解掌握频率计各个分块工作原理，继续学习编程语言VHDL的语法。第七周：根据总体方案对各个分模块进行编程实现。第八周：将各个模块进行综合调试。第九周：检查验证最终综合模块的工作情况，检查修改各个模块的工作情况，并修改错误。第十周：完善修改综合程序，进行最终的结果仿真，验证结果，撰写毕业论文提纲，规划论文内容，并开始着手写毕业论文初稿。大连科技学院2016届本科毕业生调研报第十一周：整理材料，文件图标等，完成毕业论文的撰写，交指导教师审查。第十二周：论文修改，打印，装订成册，并提交。复习各种资料，准备答辩。第十三周：答辩，毕业论文成绩评定。第十四周：整理毕业论文及相关资料，完成成册。6参考文献[1]徐辉,王祖强,王照君.基于高速串行BCD码除法的数字频率计的设计.电子技术应用,2002,31(09):61～67[2]徐成,刘彦,李仁发,等.一种全同步数字频率测量方法的研究.电子技术应用,2004,38(12):43[3]侯伯亨,顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计(第3版).西安:西安电子科技大学出版社,1999[4]谭会生,张昌凡.EDA技术及应用.西安:西安电子科技大学出版社,2001[5]魏忠,蔡勇,雷红卫.嵌入式开发详解.电子工业出版社[6]周如辉.实时视频处理系统中乒乓存储控制器的设计[J].电子元器件应用,2006(4):66-68.[7]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社.[8]宋万杰,罗丰,吴顺君.CPLD技术极其应用.西安电子科技大学出版社.[9]常青,陈辉煌.可编程专用集成电路及其应用与设计实践.国防工业出版社.[10]王金明,杨吉斌.数字系统设计与VHDL[M].北京:电子工业出版社,2002,1.[11]林明权.VHDL数字控制系统设计范例[M].电子工业出版社,2003.[12]张凌.VHDL语言在FPGA/CPLD开发中的应用.电子工程师,2002.[13]任晓东,文博.CPLD/FPGA高级应用开发指南.电子工业出版社[14]来金梅.FPGA现状及其发展趋势[M].复旦大学FPGA培训教程.2005.[15]姜雪松,张海风.可编程逻辑器件和EDA设计技术[M]，北京：机械工业出版社,2005.9