【正文】 圖 CNT_N是一個任意進(jìn)制分頻器它可以根據(jù)外部時鐘信號的大小而改變，它產(chǎn)生頻率為10KHz的信號。 else t1:=0。 then x2=not x2。039。039。139。圖中的 0002模塊是一個鎖存模塊， countor是一個控制模塊， Ⅰ .利用 VHDL編寫一個四位十進(jìn)制計數(shù)器 p1: process (input,enable,reset ) begin if enable =39。 then overflow=39。 then r0_1=r0_1+1。 overflow=39。 end if。 Ⅱ .利用四位十進(jìn)制計數(shù)器級聯(lián)起來實現(xiàn)計數(shù)器功能原理圖見圖 圖 計數(shù)器模塊 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 共 58 頁 圖 計數(shù)器原理圖 二、自動量程切換的實現(xiàn) 被測信號 計數(shù)器 （初始閘門時間為 1s ） 鎖存器 有溢出 無溢出 計數(shù)器 （改變閘門時間為 ） 計數(shù)器 （改變閘門時間為 ） 有溢出 無溢出 計數(shù)器 （改變閘門時間為 ） 無溢出 有溢出 無溢出 輸出超量程信號信號 圖 自動量程切換原理框圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 21 頁 共 58 頁 計數(shù)器初始閘門時間設(shè)為 1s，當(dāng)被測信號的頻率值超出 9999Hz時產(chǎn)生一個溢出信號，送給閘門時間產(chǎn)生電路的四選一數(shù)據(jù)選擇器并且輸出相對 應(yīng)的小數(shù)點選擇位。 圖 鎖存器電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 22 頁 共 58 頁 其仿真波形圖見圖 en為使能端（高電平有效），當(dāng) clk有上升沿來時把輸入的數(shù)據(jù)鎖存起來，一直保存到下一個上升沿來臨時才把下一組數(shù)據(jù)鎖存起來。 其工作特點是，當(dāng)筆段電極接高電平，公共陰極接高低平時，相應(yīng)筆段可以發(fā)光?？梢员ＷC數(shù)碼管穩(wěn)定顯示頻率值。顯示 4 when 0101=q=1101101。 圖 片選信號波形圖 圖 系統(tǒng)總電路圖 頂層電路我們采用原理圖輸入法，這樣建立的電路比較直觀，思路清晰，容易找出電路中的錯誤， 修改也較容易。 圖 系統(tǒng)仿真總圖（一） 圖 系統(tǒng)仿真總圖（二） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 26 頁 共 58 頁 由圖 系統(tǒng)仿真總圖（二）可得計數(shù)結(jié)束后鎖存信號 lock產(chǎn)生上升沿，把計數(shù)值“ 2749”鎖存起來，通過譯碼器顯示出來， sel 為片選信號當(dāng) sel為“ 0”時選擇低位的數(shù)碼管，依次為“ 1”、“ 2” 直到 sel為“ 3”時選擇最高位的數(shù)碼管，分別把相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。 —— 177。 1誤差 △ N=177。 1Hz。231。 誤差。彈出 Programmer窗口后，選“ Options”項中的硬件設(shè)置項“ Hardware Setup” ,在其下拉窗口中選“ ByteBlaster(MV)”項，接好電源，單擊“ Configure”按鈕，向芯片中下配置紙文件。 我 們把此頻率計所測的值與示波器測得值作對比，結(jié)果如下： 表 結(jié)果分析 數(shù)字頻率計測得結(jié)果 示波器測得結(jié)果 相對誤差 512Hz ％ 1024Hz 1026Hz ％ ％ ％ ％ 1Hz 1Hz ％ 8Hz 8Hz ％ 由表 ％，相對誤差均小于 1％基本上滿足設(shè)計要求，只是測 量范圍為 1Hz~1MHz。 誤差。因此我們采用四位數(shù)碼管顯示，動態(tài)掃描方式，閘門時間可根據(jù)被測信號頻率的大小自動切換 ,對使用者來說只 用看小數(shù)點的位置便知道其量程。 （ 2）設(shè)計展望 我們設(shè)計的數(shù)字頻率計適用于學(xué)校的實驗和業(yè)余電子愛好者及一些對頻率測量精確度和量程要求不高的場合，對于那些要求量程和精確度較高的場合我們可以對此頻率計作一些改進(jìn)。 就 連一些最基礎(chǔ)的知識點老師也會不厭其煩的給我講解，直到明白為止。 M. Galletta Automatic colorimetric analyzer prototype for high frequency measurement ofnutrients in seawater[J]． 2020 Marine Chemistry 191198． [17] Iboun Taimiya Sylla。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。由于我們所用的器件及實驗設(shè)備有限，量程和精確度二者不可兼?zhèn)洌?們采取折衷的的辦法來完成實用型數(shù)字頻率計的設(shè)計。剛開始時數(shù)碼管顯示不正常，不能正確顯示數(shù)字。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 33 頁 共 58 頁 結(jié)束語 （ 1）系統(tǒng)小結(jié) 本設(shè)計是基于 CPLD/FPGA的實用型數(shù)字頻率計的設(shè)計，既然是實用型數(shù)字頻率計就要體現(xiàn)出它在實際中的應(yīng)用價值。時基信號是產(chǎn)生閘門信TD1N 4007*4C1470uFC2IN31OUT2ADJU2780547uFC3C4AC 2 2 0 V AC 9 VD C 5V圖 +5V 直流電源 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 32 頁 共 58 頁 號的基準(zhǔn)， 因此，此項誤差對系統(tǒng)影響最大。首 先，陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 31 頁 共 58 頁 由一個帶鐵心的變壓器把市電 200V的交流電轉(zhuǎn)化成 9V的交流電，再經(jīng)二極管整流，電容濾波的得到的直流由穩(wěn)壓管 7805使輸出電壓穩(wěn)定在 +5V直流電壓。然后在 Unassigned Node列表框中將顯示帶鎖定信號的引腳，把要鎖定的引腳拖到芯片某引腳上即可。 247。 閘門時間誤差（標(biāo)準(zhǔn)時間誤差） 閘門時間不準(zhǔn)，造成主門開啟時間或長或短，顯然要產(chǎn)生測頻誤差。例如 T選為 1s， 若被測信號頻率 Xf 為 100Hz，則 177。 圖 T為計數(shù)器的主門開啟時間， Tx為被測信號周期，△ t1位主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間（假定計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù)），△ t2位閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。接下來就可以下載到 CPLD芯片上了，進(jìn)行實際測試。 Dot為小數(shù)點選擇位。顯示 8 when 1001=q=1101111。顯示 0 when 0001=q=0000110。當(dāng)電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。 共陰極 LED 數(shù)碼管的外形見圖 （ a），內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 （ b）所示。 圖 計數(shù)器 波形圖 鎖存器 由控制器控制分頻器產(chǎn)生鎖存信號，當(dāng)鎖存信號有上升沿跳變時，說明閘門信號有高電平跳變?yōu)榈碗娖?，由鎖存器把計數(shù)結(jié)果鎖存起來， 這樣可由外部的七段譯碼器 譯碼并在數(shù)碼管顯示。play1=r1_1。 end if。r1_1=0。r2_1=0。event and input=39。 計數(shù) 與控制電路 計數(shù)器以待測信號作為時鐘 , 計數(shù)閘門信號 door為高電平時，計數(shù)器計數(shù)被測信號的頻率，計數(shù)器內(nèi)部采用四位十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值 9999時產(chǎn)生一個溢出信號送入到控制電路，控制電路將控制分頻模塊使其進(jìn)入下一量程，并且在數(shù)碼管上的小數(shù)點也顯示相對應(yīng)的量程，實現(xiàn)了自動量程切換功能。039。139。 then clr1=39。 end process p1。 begin if clk39。 end process。lock=lock2。 begin if clk39。 方法二 鑒于方法一中存在好多問題，我們對此進(jìn)行改進(jìn)，在輸入級加兩個穩(wěn)壓二極管（ 1N4148）進(jìn)行輸入嵌位限幅，然后通過兩級三極管組成的共射放 大器進(jìn)行放大，放大輸出的波形經(jīng)過由 555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器整形，變成計數(shù)器所能測量的同頻方波信號。閘門時間與擋位及數(shù)碼管顯示的對應(yīng)關(guān)系如下表 。設(shè)計的數(shù)字頻率 計完全可達(dá)到設(shè)計要求，并且根據(jù)實際情況在此基礎(chǔ)上還可以加以擴(kuò)展。此方案原理簡單，功能單一，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且閘門時間是固定的值，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，量程小。這種測量方法的測量精度取決于閘門時間和被測信號頻率。在閘門脈沖控制下主門輸出的脈沖，將輸入計數(shù)器計數(shù)。為了測量需要，在實際的頻率計中，時間基準(zhǔn)分為若干個擋位。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展和數(shù)字集成電路的普及，計數(shù)器應(yīng)用已十分廣泛。 107量級。所以在人們能進(jìn)行測量的成千上萬個物理量中，頻率（時間）測量所能達(dá)到的分辨率和準(zhǔn)確度是最高的。例如圖，△ t=t2t1表示 t t2這兩時刻之間的間隔，即矩形脈沖持續(xù)的時間長度。我們通過四位數(shù)碼管顯示測量結(jié)果，先對被測頻率值的大小作初步的估測來改變閘門時間并通過小數(shù)點顯示相對應(yīng)的量程。相比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)的設(shè)計方法， VHDL具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，支持自頂向下（ Top to Down）和基于庫（ Library Based）的設(shè)計的特點，因此設(shè)計者可以不必了解硬件結(jié)構(gòu)。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個設(shè)計階段發(fā)揮作用，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能?？梢詫崿F(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。從 應(yīng)用 小規(guī)模集成電路構(gòu)成電路系統(tǒng)，到廣泛地應(yīng)用微控制器或單片機(jī) (MCU)，在電子系統(tǒng)設(shè)計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 1 頁 共 58 頁 畢業(yè) 論文﹙ 設(shè)計 ﹚ 題 目 數(shù)字 頻率計 的 設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 所在院 (系 ) 物理 系 專業(yè)班級 指 導(dǎo)教師 完成地點 物理系 實驗室 2020 年 5 月 18 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 2 頁 共 58 頁 目錄 引言 ?????????? ????????????????? 1 1 頻率測量原理 ???????????????????? 3 概述??????????????????????? 4 頻率測量原理及方法???????????????? 4 1 . 2. 1 頻率測量方法概述?????????????? 4 1 .2 .2 電子計數(shù)法測頻原理????????????? 5 1 .2 .3 常用的測頻方法??????????????? 6 2 方案比較及確定 ???????????????????? 7 方案比較????????????????? ? ?? 7 2 . 1. 1 方案一利用數(shù)字電路制作數(shù)字頻率計?????? 7 方案 二 利用 ICM7216D 制作 數(shù)字 頻率計 ? ? ?? ? 7 2 . 1 . 3 方案三 基于 C P L D 芯 片 設(shè) 計 數(shù) 字 頻 率 計 ? ? ? 8 方案確定???????????????????? 8 3 數(shù)字頻率計設(shè)計與制作 ???????????????? 9 系統(tǒng)工作原理及特點???????????????? 9 3 . 1. 1 系統(tǒng)原理框圖???????????????? 9 3 . 1. 2 系統(tǒng)原理及特點??????????????? 9 數(shù)字頻率計個模塊的設(shè) 計?? ???? ????? ?? 9 3 . 2 . 1 放大整形電路??????????????? 9 測頻 時序 控制 電 路 的 設(shè) 計 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 分頻 器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 13 計數(shù) 與 控 制 電 路 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 14 鎖 存 器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 17 掃描 顯示 電 路? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? 18 系統(tǒng) 總的 原 理圖 仿真 結(jié) 果? ? ?? ? ?? ? ?? ? 20 4 誤差分析 ??????????????????????? 23 量化誤差 ???????????????? ? ???? 23 閘門時間誤差 ??????????????? ? ??? 2 4 5 調(diào)試、下載及結(jié)果分析 ????????????????? 26 引腳的鎖定 ?????????????