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等精度频率计的实验报告

发布时间:2020-10-30 18:14 作者:人生就是博尊龙

  等精度频率计的实验报告_电子/电路_工程科技_专业资料。基于FPGA设计的等精度频率计

  数字频率计 摘要 以 FPGA(EP2C8Q208C8N) 为控制核心设计数字频率计,设计采用硬件 描述语言 Verilog 该作品主要包括 FPGA 控制、数码管模块、信号发生器、直流 电源模块、独立按键、指示灯模块。主要由直流电源供电、数字信号发生器输出 信号,FPGA 控制信号的采集、处理、输出 ,数码管显示数据,按键切换档位, 指示灯显示档位。 作品实现了测频、 测周、 测占空比, 能准确的测量频率在 10Hz 到 100kHz 之间的信号。 关键字: Verilog 语言 频率计 等精度 FPGA (EP2C8Q208C8N) 信号发生器 一、 系统方案论证与比较 根据题目要求,系统分为以下几个模块,各模块的实现方案比较选择与确定 如下: 1.主控器件比较与选择 方案一:采用 FPGA(EP2C8Q208C8N)作为核心控制,FPGA 具有丰富的 I/O 口、 内部逻辑和连线资源, 采集信号速度快, 运行速度快, 能够显示大量的信息, 分频方便。 方案二:采用 SST89C51 作为主控器件,虽然该款单片机较便宜,但运行速 度较慢,不适合对速度有太大要求的场合,并且不带 AD,增加了外围电路。 综上所述,主控器件我选择方案一。 2. 测量方法的比较与选择 方案一:采用测频法测量。在闸门时间内对时钟信号和被测信号同时计 数,由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是被测信号的整数倍,导致计数相 差为一个被测信号时间,所以测频法只适合频率较高的测量。 方案二:采用测周法测量。用被测信号做闸门,在闸门信号内对时钟信 号计数,由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是时钟信号的整数倍,导致计 数相差为一个时钟信号时间,所以测周法只适合较低频率的测量。 方案三:采用等精度法和测周法结合的方法。用等精度发测量 1KHZ 以 上的频率,测周法测量 1KHZ 一下的频率。这种方法取长补短,既能准确的 测高频又能测低频。 综上所述,测量方法我选用方案三。 3. 界面显示方案的选择 方案一:采用数码管显示,控制程序简单,价格便宜,显示直观。 方案二:液晶 5110,虽然体积小,可以显示各种文字,字符和图案。 考虑到数码管完全可以满足数据显示要求,所以显示部分我选用方案一。 二、理论分析与计算 1、键盘设计 系统中我们采用独立键盘, 2 个 I/O 控制 2 个键。原理是将 2 个 I/O 口直接接 用 键盘的 2 个引脚,低电平有效,这种键盘的优点反应的速率快。 2、计算公式 (1)测频: 钟频率计数) 1khz 以上: 1khz 以下 : 被测频率=时钟频率*(被测频率计数/时 被测频率=时钟频率/(时钟频率在被测 信号高电平计数+时钟频率在被测信号低电平计数) (2)测周: 被测周期=(时钟频率计数/被测频率计数)*时钟周期 (3)测占空比:占空比=高电平计数/(高电平计数+低电平计数) 三 电路与程序设计 根据题目要求,经过仔细考虑制订了一个比较可行的方案,系统方框图 如下: 独立键盘 信号发生器 FPGA (EP2C8Q208C 8N) 数码管 直流电源供电 图 1 系统方框图 (一)电路设计 (1)换挡指示灯电路设计 模块共使用了 7 个 LED 灯,分别指示测频、测周、测占空比、HZ 挡、KHZ 挡、ms 挡、um 挡。 图 2 指示灯模块电路设计 (2)直流电源电路设计 图 3 直流电源电路设计 (二)程序设计 FPGA 控制器采用 Verilog 语言进行程序设计, 软件总体设计流程图如图 4 所示。 开始 数据采集 测频计数 测周计数 测占空比计数 档位选择、指示灯选择 按键 数码管显示 结束 指示灯显示 四、测试方案与测试结果 1.测试仪器 数字信号发生器 2. 数据测量 1.测频 输出频率 1.01hz 10hz 100hz 1khz 10khz 100khz 999khz 2.测周期 输出周期 测量周期 误差范围 测量频率 1.01hz 10.00hz 100.00hz 1.00khz 10.00khz 100.00khz 999.00khz 误差范围 0 0 0 0 0 0 0 1.01hz(990.099ms) 10hz(100ms) 100hz(10ms) 1khz(1ms) 10khz(100us) 100khz(10us) 1mhz(1us) 3. 测占空比 输出占空比 1% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 99% 990.099ms 100ms 10ms 1ms 100us 10us 0.960us 测量占空比 1.07% 10.05% 20.21% 29.98% 40.13% 49.80% 59.96% 69.72% 79.69% 89.69% 98.63% 0 0 0 0 0 0 4% 误差范围 7% 0.5% 1% 0.01% 0.27% 0.04% 0.01% 0.4% 0.4% 0.33% 0.37% 五、结论 基本功能 测频 测周期 测占空比 附件 是否实现 实现 实现 实现 扩展功能 自做电源 自做信号发生器 是否实现 实现 未实现 (如果想要源程序请单独留言,太多就不传了。 )


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