【正文】 河南科技大學課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱 ＿ 現(xiàn)代電子系統(tǒng)課程設(shè)計＿＿題 目 ＿ 簡易數(shù)字頻率計設(shè)計 ＿學 院 ＿＿電子信息工程學院＿＿＿＿班 級 ＿ ＿學生姓名 ＿＿ ＿＿＿＿＿指導(dǎo)教師 ＿＿＿ ＿＿＿日 期 ＿＿＿2011年12月16日 ＿＿課程設(shè)計任務(wù)書（指導(dǎo)教師填寫）課程設(shè)計名稱 現(xiàn)代電子系統(tǒng)課程設(shè)計 學生姓名 專業(yè)班級 設(shè)計題目 簡易數(shù)字頻率計設(shè)計 一、 課程設(shè)計目的掌握高速AD的使用方法；掌握頻率計的工作原理；掌握GW48_SOPC實驗箱的使用方法；了解基于FPGA的電子系統(tǒng)的設(shè)計方法。二、 設(shè)計內(nèi)容、技術(shù)條件和要求設(shè)計一個具有如下功能的簡易頻率計。（1）基本要求： a．被測信號的頻率范圍為1～20kHz，用4位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。b．測量結(jié)果直接用十進制數(shù)值顯示。c．被測信號可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。d．具有超量程警告（可以用LED燈顯示，也可以用蜂鳴器報警）。e．當測量脈沖信號時，能顯示其占空比（精度誤差不大于1%）。（2）發(fā)揮部分a．修改設(shè)計，實現(xiàn)自動切換量程。b．構(gòu)思方案，使整形時，以實現(xiàn)擴寬被測信號的幅值范圍。三、 時間進度安排布置課題和講解：1天 查閱資料、設(shè)計：4天實驗：3天 撰寫報告：2天四、 主要參考文獻何小艇 《電子系統(tǒng)設(shè)計》 浙江大學出版社 潘松 黃繼業(yè) 《EDA技術(shù)實用教程》 科學出版社 指導(dǎo)教師簽字： 2011年 11月 28日 4 現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書摘 要頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應(yīng)用，是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，頻率測量在科技研究和實際應(yīng)用中的作用日益重要。數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應(yīng)用，實際的硬件設(shè)計用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）的廣泛應(yīng)用，以EDA工具作為開發(fā)手段，運用VHDL語言。將使整個系統(tǒng)大大簡化。提高整體的性能和可靠性。在本文中，我們設(shè)計了一個簡易數(shù)字頻率計。主要分為如下幾個部分：l A/D模塊： 用VHDL語言寫一個狀態(tài)機，控制ADC0809芯片正常工作，使輸入的被測模擬信號經(jīng)過ADC0809芯片處理，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。l 比較整形模塊：將A/D轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字信號通過比較，高于閾值的為1低于閾值的為0從而將八位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為脈沖便于頻率計算。 l 頻率測量模塊：常用的頻率測量方法有很多。有計數(shù)法和計時法等，具體的方案論證將在下面進行。l 占空比計算模塊：計算脈沖波占空比，具體的方案論證將在下面進行。 l 選擇顯示模塊：設(shè)置一個二選一電路，通過一個按鍵控制四位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容是頻率還是占空比。 關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計、模塊、占空比、數(shù)字信號、測量、閾值目 錄任務(wù)解析……………………………….……………………3總體方案與比較論證…………………………………………4方案選擇………………………………………………………6頻率測量方法方案論證….………………..…………….……6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)….……...…....……...…………….…………….……9A/D模塊設(shè)計……………….……..…………………………10比較整形模塊設(shè)計……………………….…………………..12頻率測量模塊設(shè)計…………………………………………..13占空比計算模塊設(shè)計………………………………………..14選擇顯示模塊設(shè)計………………………………………......15硬件驗證……………………...……………………………...16誤差分析…………………………………...………………...17心得體會…………………………..….……………………...18參考文獻……………………………………………...………19任務(wù)解析本次課程設(shè)計的主要任務(wù)就是利用VHDL語言設(shè)計一個簡易數(shù)字頻率計。頻率計主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值及脈沖的占空比。其擴展功能可以實現(xiàn)自動切換量程，使整形時，以實現(xiàn)擴寬被測信號的幅值范圍。數(shù)字頻率計的整體系統(tǒng)原理框圖如圖1，被測信號為外部輸入信號，送入測量電路經(jīng)過數(shù)字整形、測量計算、數(shù)據(jù)鎖存和送顯。就完成了頻率計的基本功能，控制選擇用來實現(xiàn)頻率的計算頻率和計算占空比功能的選擇。圖1根據(jù)簡易頻率計設(shè)計的任務(wù)書可知這次的頻率計的性能指標如下：一、信號波形：正弦波、三角波和矩形波。二、率范圍分二檔：Hz檔 和kHz檔a．被測信號的頻率范圍為1～20kHz，用4位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。b．測量結(jié)果直接用十進制數(shù)值顯示。c．被測信號可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。d．具有超量程警告（可以用LED燈顯示，也可以用蜂鳴器報警）。e．當測量脈沖信號時，能顯示其占空比（精度誤差不大于1%）。三、發(fā)揮部分a．修改設(shè)計，實現(xiàn)自動切換量程。b．構(gòu)思方案，使整形時，以實現(xiàn)擴寬被測信號的幅值范圍總體方案與比較論證數(shù)字頻率計在具體是現(xiàn)實時，可以采用單片機或者FPGA來實現(xiàn)，具體有如下方案：方案一：采用FPGA與單片機為核心來實現(xiàn)，可以利用FPGA來實現(xiàn)在單片機系統(tǒng)中的計數(shù)部分。這樣可以節(jié)省單片機的系統(tǒng)資源，考慮到在下面的相移網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中也需要利用單片機和FPGA，但單片機的系統(tǒng)資源相對有限，因此我們建議在這里單片機主要用于控制，而FPGA則可以用來進行計數(shù)之類的事情。簡單原理圖如圖2圖2方案二：分離元件設(shè)計方案：本方案利用大量數(shù)字芯片，通過各種邏輯關(guān)系構(gòu)成，但由于芯片無編程性，實現(xiàn)難度較大，只能完成部分功能，同時電路復(fù)雜。在實際應(yīng)用中存在很多問題。方案三：全部利用FPGA來實現(xiàn)，即利用FPGA產(chǎn)生時鐘。由于FPGA的工作頻率比單片機的高很多，因此可以考慮直接利用FPGA產(chǎn)生信號的高頻參考頻率， FPGA處理