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1、 摘 要随着电子信息产业的发展，频率已成为一个很重要的参数，频率也是系统工作速度的重要指标，并且与许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系，因此频率的测量就显得尤为重要。频率的测量方法有很多种，目前多用的是电子计数器测频，它具有精度高、使用方便、速度快等优点，是频率测量的重要手段之一。电子测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定的鉴频门宽测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测量法。前者一般用于高频信号的测量，后者一般用于低频信号的测量。本设计用FPGA和单片机实现一个100MHz以的数字鉴频器，100MHz以的信号可以是连续的、间断的正弦信号，也可以是方波包络调制的连续、间
2、断的正弦波，并且保证较好的精确度。本设计引入了等精度算法，利用FPGA对标准频率信号和待测频率信号的上升沿分别进行计数，并设置合适的鉴频门宽，鉴频时间结束之后，再利用等精度算法得出待测信号的频率。结果表明，电子计数器鉴频能取得较好的精度，而用单片机和FPGA联合工作进行鉴频，不仅精度高，而且速度也很快，测量围广。关键词：等精度；FPGA；电子计数器测频AbstractWith the development of electronic information industry，the frequency has become an important indicator of a very i
3、mportant parameter, It is also an important indicator of the speed of work and have a very close relationship with a lot of electric parameters measuring programs and measuring results, so the frequency measurement is particularly important. There are many ways to measure frequency, and the frequenc
4、y discriminator method most commonly used is electronic counter frequency measurement, it has a high precision,and easy to use, it become one of the important means of frequency measurement. There are tow ways for electronic frequency measurement: One of them is the direct measurement, namely measur
5、e the number of pulses of the measured signal in the frequency discriminator gate width; Another is indirect frequency measurement, such as the cycle measurement. The former is generally used for the measurement of high-frequency signal; The latter is generally used for the measurement of low-freque
6、ncy signals. The purpose of this design is to design a digital frequency discriminator that can discriminate sinusoidal signals within 100MHz. The signal can be continuous or intermittent, and it can also be continuous or intermittent sinusoidal signals that be modulated by a square wave. The design
7、 should ensure a better accuracy. This design introduces the equal precision arithmetic,it counts numbers on the rising edge of the standard signal and the target signals with using FPGA, and we can set an appropriate frequency discriminator gate width, and use equal precision algorithm to calculate
8、 the frequency of the signal tesed after the frequency discriminator time is over. The results show that the electronic counter frequency discriminator can work accuracily, while, it has a better precision and faster speed with MCU and FPGA work together, and measurement range is also wider.Keywords
9、: the equal precision arithmetic; FPGA; Electronic counter frequency measurement不要删除行尾的分节符，此行不会被打印word格式. 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 以单片机为核心鉴频的目的和意义21.3 用Labview作为显示工具的意义31.4 国外在该方向的研究现状及分析51.5 主要研究容71.6 本文结构7第2章 系统设计的思路92.1 系统硬件框图92.2 系统设计流程112.2.1 系统整体软件流程112.2.2 FPGA软件流程122.2.3 Labview软
10、件流程142.3 本章小结14第3章 以单片机为核心的控制器系统中的子模块153.1 可调阈值模块153.1.1 DAC0832与LM324153.1.2转换电路173.1.3 电压按键加减173.2 信号整形模块183.2.1 TSG-17信号发生器183.2.2信号整形介绍及MAX961193.3 计数模块223.3.1 Quartus ii 介绍223.3.2 VHDL语言介绍223.3.3 FPGA介绍233.3.4 52单片机数据处理说明263.4 Labview显示模块273.5本章小结28第4章 系统运行结果及分析294.1 信号部分294.2 控制显示部分304.2.1阈值调节
11、模块304.2.2 labview 显示模块304.3 本章小结31结 论32致 33参考文献34附 录35千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景随着电子信息产业的发展，在电子和控制等领域，频率是一种基本的参数，并与其它许多电参量的测量方案和结果有着十分密切的关系，频率的测量在科技研究和实际应用中的作用越来越显得行重要，而且需要测频的围也越来越宽。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品如果体积大，运行速度慢，而且测量精度也不高，特别
12、是现代的先进科技向世界的各个领域延伸，传统的频率计已渐显劣势。因此，随着对频率测量要求的提高，传统的测频方法在实际应用中已不能满足要求，因此我们需要找新的测频方法1。随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来实现对一个电路系统的控制也逐渐显示出其无与伦比的优越性，特别是在一些特殊的场合，对用单片机作为控制和计算模块，对某一特定的频率进行精确的鉴频，已成为了一个深刻的课题。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是可编程器件高集成芯片的出现和发展，使传统的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，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。单片机可以理解为集成在单一芯片上的
13、微型计算机系统，麻雀虽小可是五脏俱全，也有运算器、控制器、存储器、总线及输入输出设备，采用也是存储程序执行的方式，对单片机的编程就是对其中的ROM写入程序，在加电后ROM中的程序会像计算机存中的程序一样得到逐条地执行。当今的单片机还集成了A/D、D/A转换，并串口等多种与外界进行数据交换的手段。单片机计算速度和性能有限，但在一些基本控制上搓绰绰有余。FPGA是操控层次更低,所以自由度更大的芯片，对FPGA的编程在编译后是转化为FPGA的连线表，相当于FPGA提供了大量的与非门、或非门、触发器（可以用与非门形成吧）等基本数字器件，编程决定了有多少器件被使用以及它们之间的连接。只要FPGA规模够大
14、，这些数字器件理论上能形成一切数字系统，包括单片机甚至CPU、FPGA在抗干扰、速度上有很大的优势。目前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，快速的烧录到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。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip-flop）或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板
15、被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。本设计就是利用了51单片机数据处理功能强大和FPGA速度快的特点，联合实现一个高速数字鉴率计。1.2 以单片机为核心鉴频的目的和意义单片机的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。单片机以其可靠性高、体积小、价格低、功能全等优点，广泛地应用于各自智能仪器中，在工业和控制中起到了重要作用。单片机由于体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制，这些是一般的微型计算机无法做到的。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活地构成各种应用系统，如工业自动检测监测系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。以单片机为核心构成的应用系统具有以下优点：（1）功能齐全、应用于可靠、抗干扰素能力强。（2）简单方便，易于普及。（3）发展迅速，前景广阔。在短短的几十年的时间里，单片机经过了4位机、8位机、16位机、32位机等几大发展阶段，尤其是形式多样、集成度高、功能日瑧完善的单片机的不断问世，更使得单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足的发展和大量的应用。近几年来，单片机的部结构愈加完美，配套的片外围功能部
