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1、兰州交通大学毕业设计（论文）摘要频率是常用的物理量，工程中很多物理量的测量，如时间测量、速度控制等，都可转化为频率测量。此外，还经常遇到以频率为参数的测量信号，例如流量、转速等。所以频率测量方法的研究越来越受到重视。基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低， 在实用中有较大的局限性, 而等精度频率计不但具有较高的测量精度, 而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。本课题设计的等精度数字频率计是采用当今电子设计领域流行的EDA技术，以FPGA为核心，配合STC89C51单片机。同时，采用等精度测频原理，实现了0.01Hz-50MHz信号频率的等精度频率测量。此外，该系统还实
2、现测量周期、脉宽、占空比等功能。设计中用一块FPGA芯片EP2C5Q208C8完成各种时序逻辑控制、计数功能。在Ouartus II平台上，用VHDL语言编程完成FPGA的软件设计、编译、调试、仿真和下载。用STC89C51单片机作为系统的主控部件，实现整个电路的测试信号控制、数据运算处理、键盘扫描和控制数码管的显示输出。系统将单片机STC89C51的控制灵活性及FPGA芯片的现场可编程性相结合，不但大大缩短了开发研制周期，而且使本系统具有结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高等优点。关键词：频率计；EDA技术；FPGA；单片机AbstractFrequency is commonly
3、 used physical quantity, lots of measurement of physical quantity in the project, such as the measurement of time, the control of velocity, can be changed into the measurement of frequency. Besides, the measured signal with a frequency parameter, such as the rate of flow, the rotational speed, is of
4、ten encountered. So the research of the method of measuring frequency has become more and more significant in the real application.According to the principles of traditional frequency measurement , the measurement accuracy of frequency meter will decrease with the signal frequency decrease .but it h
5、as more limitations in the real application, equal precision frequency meter not only has high accuracy, but also maintains constant test accuracy in the whole frequency region .With the help of FPGA and cooperating with the single chip computer STC89C51,The digital frequency design in our program h
6、as realized the precision measurement of 0.01Hz-50MHz signal frequency by adopting the current EDA technique prevailing in the electronic designs and using the principle of multi-period synchrony frequency measurement. Besides, the system can complete the cycle, pulse width, duty cycle measurement f
7、unction . In this design, using an FPGA chip EP2C5Q208C8 completes a variety of temporal logic control and counting function. In the platform of Ouartus II, using VHDL language completes FPGA software design, compiler, debugging, simulation, and download. By use of the STC89C51 single chip computer
8、as the main controlling parts, the control of the tested signal, the scan of keyboard and the output display of LED can be realized. The system combines the control flexibility of STC89C51 with programmable performance of FPGA, consequently, not only can it shorten the period of the development and
9、research, but also it has the advantages of compact structure, little volume, high reliability, wide scope and high precision.Keywords：Frequency meter，EDA technique，FPGA, Single chip computer毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公
10、布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导
11、师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月
12、 日导师签名： 日期： 年 月 日目录摘要IAbstractII目录III1 绪论31.1 本课题的研究背景及意义31.2 本课题的主要内容32 系统设计的相关理论32.1 频率测量方法的研究32.1.1 常用测频方案32.1.2 等精度测频原理32.1.3 等精度测频误差分析32.2 单片机模块理论及知识32.2.1 MCS-51单片机结构简介32.2.2 Keil vision 3软件概述32.2.3 Proteus软件概述32.3 FPGA模块理论及知识32.3.1 FPGA原理概述32.3.2 Quartus II 软件概述32.3.3 VHDL语言简介及开发优点33 系统硬件电路设计
13、33.1 系统顶层电路组成33.2 被测信号放大整形电路设计33.3 单片机模块设计33.3.1 单片机最小系统33.3.2 键盘接口电路33.3.3 LED数码管显示电路33.4 FPGA模块电路设计33.4.1 基本单元电路33.4.2 测量与自检选择电路33.4.3 脉宽控制电路33.4.4 测频与测周期电路33.5 单片机与FPGA的相互控制电路34 系统软件设计34.1 单片机主程序设计34.2 复位自检程序设计34.3 键盘程序设计34.4 测频子程序设计34.5 测周期子程序设计34.6 测脉宽子程序设计34.7 测占空比子程序设计34.8 LED数码管显示子程序设计35 系统性
14、能分析35.1 测量范围分析35.2 测量精度分析35.3 被测信号幅值分析3结论3致谢3参考文献3附录一 FPGA程序3附录二 单片机程序3811 绪论1.1 本课题的研究背景及意义EDA(Electronic Design Automation电子设计自动化)代表了当今电子设计技术的最新发展方向，通过VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）硬件描述语言的设计，用FPGA（FieldProgrammable Gate Array现场可编程门阵列）来实现小型电子设备的设计，是开发仪器仪表的主流。
15、据统计，目前发达国家在电子产品开发中EDA工具的利用率已达很高，而大部分的FPGA已采用HDL（Hardware Description Language硬件描述语言）设计。由于VHDL已成为IEEE标准，目前的EDA工具可以使ASIC系统的行为、功能、算法用VHDL描述直接生成FPGA器件，使设计者将精力集中于设计构思，提高了设计效率，同时也利于设计的分解、交流和重用。随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程逻辑器件，EDA技术，SOPC等新概念和新技术层出不穷，新技术的应用迅速渗透到电子、通信、信息、汽车制造等领域，有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。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
