基于FPGA简易数字频率计设计

毕业设计

基于FPGA的简易数字频率计设计

学 院： 信息科学技术学院

专 业： 电子科学与技术

姓 名：

黄锐填 张应省黄相杰

学 号： 0601521013副教授

指导老师职 称：

助教

中国·珠海二○一○年 五月

基于FPGA的简易数字频率计设计

摘　　要

本设计是基于FPGA的一个简易数字频率计，利用Verilog硬件描述语言设计实现了频率计内部功能模块，采用了等精度测量的方法，并结合NIOS软核CPU嵌入FPGA，构成SOPC系统，利用NIOS软核对数据浮点运算处理，管理人机交换界面实时显示，跟传统FPGA+单片机的多芯片系统方案相比更加灵活，系统体积小和功耗小等优势，具备软硬件在系统可编程的功能。

本设计测量频率的方法采用的是等精度测量法，相比直接测频法和测周法有精度更高的特点。前端信号输入调理采用宽带放大器AD811对微弱信号进行放大，经过比较器整形调理后，FPGA进行采用测量，系统实时性好，精度高。关键词：等精度 频率计 FPGA NIOS Verilog

The Design Of Simple Digital Frequency Meter Base On FPGA

ABSTRACT

The design is based on FPGA digital frequency of a simple plan, use Verilog hardware design realized the frequency of internal function module, the accuracy of the measurement method, etc NIOS and FPGA, soft nuclear CPU embedded systems, using the SOPC constitute NIOS soft check data management man-machine floating point calculations, exchange, with real-time display interface chip traditional FPGA + MCU solutions, system is much more flexible than small volume and low consumption, have advantages of hardware and software systems in programmable functions.

This design method of measuring frequency by measuring method is compared with direct frequency measurement method, and the measuring accuracy of ZhouFaYou characteristics. Front-end signal input by AD811 amplifier to recuperate broadband amplification, weak signal by comparator plastic, after using measurements on FPGA, system of good real-time, high precision.

Key words： Equal precision Frequency counter FPGA NIOS Verilog

目 录

参考文献------------------------------------------------------31谢 辞----------------------------------------------------------42

1 概述

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片微机和片上可编程系统的出现和发展，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。频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。传统的频率计测量误差较大，等精度频率计以其测量准确、精度高、方便等优势将得到广泛的应用。频率计是电子计数器的一种，在电子技术领域内，频率与电压一样，也是一个基本参数。目前，随着电子技术、微电子技术、数字技术、计算机科学的发展，电子计数器已经大量采用大规模、超大规模集成电路，尤其是与微处理器相结合，实现了程控化和智能化，频率计不断得到发展和完善。尤其是近代以来，随着电子工业的飞速发展，EDA技术的问世，新型的频率计具有测量精度高、速度快、自动化程度高、直接数字显示、操作简便等特点。在此基础上附加参数转换电路，可以完成多参数、多功能测量，应用前景非常广阔。 传统的测频方法有直接测频法和测周法，在一定的闸门时间内计数，门控信号和被测信号不同步，计数值会产生一个脉冲的误差。等精度测频法采用门控信号和被测信号同步，消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差。等精度频率测量方法消除了量化误差，可以在整个测试频段内保持高精度不变，其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化。采用FPGA作为控制核心的等精度频率计，可以充分利用FPGA高速数据采集技术较容易实现等精度测频。通过FPGA对同步门的控制，使被测信号和标准信号在闸门时间内同步测量，为了提高精度，将电子计数功能转为测周期，采用多周期同步测量技术，实现等精度测量。

随着电子设计技术的飞速发展，专用集成电路ASIC、用户现场可编程门阵列(FPGA)及复杂可编程逻辑器件(CPLD)的复杂度越来越高，数字通信、工业自动化控制等领域所用的数字电路及系统的复杂程度也越来越高。设计这样复杂的电路及系统也不再是简单的个人劳动，而需要综合许多专家的经验和知识才能够完成。硬件描述语言Verilog顺应这种潮流，迅速发展，目前已得到广泛的应用。

FPGA的结构灵活，其逻辑单元、可编程内部连线和I／O单元都可以由用户编程，可以实现任何逻辑功能，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。使用FPGA还可以实现动态配置、在线系统重构（可以在系统运行的不同时刻，按需要改变电路的功能，使系统具备多种空间相关或时间相关的任务）及硬件软化、软件硬化等功能。

在大多数的研制过程中，人们习惯把FPGA技术跟MCU技术相结合的方式来完成设计。

FPGA有速度快，灵活等特点，速度快的优势来源于FPGA的硬逻辑方式。由于FPGA的逻辑功能全部用硬件电路实现，故所有的延迟只来源于门电路，而一般门电路的延迟都在ns级别。但与MCU相比，FPGA实现的功能较为简单。你 …… 此处隐藏：5978字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……