【導讀】方案二利用ICM7216D制作數(shù)字頻率計?????[摘要]本文詳細闡述了利用VHDL硬件描述語言設計，并在EDA工具的幫助下，用CPLD實現(xiàn)數(shù)字頻率計的設。其最大顯示量程為10MHz，且具有實現(xiàn)自動量程切換功能，顯示采用動態(tài)掃描方式。形電路和數(shù)碼管顯示外，其他模塊在一塊CPLD芯片上，與其他方法做成的頻率計相比，具有體積小，可靠性高，靈活性強等特點。電子設計的必由之-路是數(shù)字化，這已成為共識。系列重大的變革。電子系統(tǒng)設計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。電子產(chǎn)品正在以前所未有的速度進行著革新，主要。表現(xiàn)在大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷膹V泛應用。集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢將是單片電子系統(tǒng)SOC。剛發(fā)展起來的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。技術(shù)的幾個主要方面的內(nèi)容來看，可以理解為：EDA技術(shù)是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，

　　

【正文】 z ％ ％ ％ ％ 1Hz 1Hz ％ 8Hz 8Hz ％ 由表 ％，相對誤差均小于 1％基本上滿足設計要求，只是測 量范圍為 1Hz~1MHz。我們的外部頻率是來自實驗箱上的 4MHz晶振分頻后得到的 1Hz方波信號，若有更多資源的 FPGA芯片我們可以在外部加較大頻率源對其分頻得到所要的閘門信號，可以減小系統(tǒng)誤差。 一、產(chǎn)生誤差的原意主要有以下幾點： （ 1）測量本身存在的 1? 誤差， 1? 誤差是系統(tǒng)不可避免的誤差，但它對測量結(jié)果影響不大。 （ 2）時基信號本身的誤差，為了減小此誤差我們采用晶振作為信號源。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 陜西理工學院畢業(yè)論文（設計） 第 32 頁 共 58 頁 號的基準， 因此，此項誤差對系統(tǒng)影響最大。 （ 3）內(nèi)部電路不同步引起的時序上的延時，及系統(tǒng)本身存在的延時。 （ 4）我們以示波器測量結(jié)果作為參考標準，示波器本身也有一定的誤差，我們在測量過程中用的示波器探頭并不是示波器原配探頭。 二、減小測量誤差采取的措施 (1）擴大閘門時間或?qū)Ρ粶y信號進行倍頻以減小 1177。 誤差。 (2）提高晶振頻率的準確度和穩(wěn)定度以減少閘門時間和誤差。 (3）被測頻率信號較低時，采用測周期的方法測量。 (4）在電路內(nèi)部對被測信號和閘門信號加一級同步電路（ D觸發(fā)器即可）使整個系統(tǒng)達到同步。 陜西理工學院畢業(yè)論文（設計） 第 33 頁 共 58 頁 結(jié)束語 （ 1）系統(tǒng)小結(jié) 本設計是基于 CPLD/FPGA的實用型數(shù)字頻率計的設計，既然是實用型數(shù)字頻率計就要體現(xiàn)出它在實際中的應用價值。最初，在設計過程中采用八位數(shù)碼管直接顯示，且閘門時間采用固定的值。此方法雖然原理簡單，實現(xiàn)容易。但可擴展性差，占用系統(tǒng)資源較大對使用者來說讀數(shù)也不方便，且不能實現(xiàn)設計任務中自動量程切換的要求。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。例如xxxxHz、 、 、 。最初設計頻率計由于假定的外部晶振為 4MHz，仿真時時間較長導致死機，改變分頻系數(shù)后， 計數(shù)值正常。 我們對設計仿真無誤后，把程序下載到 EPM7128SLC8415 芯片上進行驗證。剛開始時數(shù)碼管顯示不正常，不能正確顯示數(shù)字。我們對譯碼程序進行分析并對數(shù)碼管進行檢測發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管有幾段一直不亮。重新更換數(shù)碼管后顯示正常，測量的頻率值與示波器測得值基本吻合，只是其誤差較大，最大誤差為 4％。測量范圍為 1Hz~1MHz。 （ 2）設計展望 我們設計的數(shù)字頻率計適用于學校的實驗和業(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。 量程的擴展可以通過多加幾個數(shù)碼管完成，加一個數(shù)碼管可以使量程擴大十倍。若要求具有更高的精確度那么我們既可以增加閘門時間， 也可以對被測信號進行倍頻 或者在低頻（被測頻率的值小于 10KHz）時采用周期法測量， 然后加一級除法器把測的周期轉(zhuǎn)化為頻率值。 在高頻段采用直接法測量。由于我們所用的器件及實驗設備有限，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)字頻率計的設計。 陜西理工學院畢業(yè)論文（設計） 第 34 頁 共 58 頁 致謝 經(jīng)過 三個多月 的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的 不足 ，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持， 想在如此短的時間里完成此次畢設還是很困難的。 在這里首先要感謝我的 指導老師張峰 老師 的悉心指導 。 張 老師平日里工作繁多，但在畢設的各 個階段， 查閱資料，設計 方案 的 論證及確定 ， 開題報告， 中期檢查，后期詳細設計， 下載仿真 等整個過程中都給予了我 悉心 的指導。 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。張老師每周三中午十二點到十四點都會準時給我們開例會，了解我們上周的任務完成情況并安排布置下周的任務，張老師專門抽出時間周五為我們解答疑難問題， 除了敬佩 長張 老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設計的 李蒙 同學，她在本次設計中 一些獨特的見解是我茅塞頓開，我們在設計過程中對一些設計方案爭的是面紅耳赤，爭論不下就通過對比各自方案的仿真結(jié)果加以取舍， 如果沒有她 對我設計的大力支持 ， 單憑我一個人 完成此次設計將變得非常困難。 然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下 電子 專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝我的母校 —陜西理工學院 四年來對我的大力栽培。 陜西理工學院畢業(yè)論文（設計） 第 35 頁 共 58 頁 參考文獻 [1]張永瑞、劉振起、楊林耀等．電子測量技術(shù)基礎(chǔ) [M]． 西安：西安電子科技大學出版社， 1994． 137169頁． [2]劉輝、方林海、單承贛．電子儀器與測量技術(shù) [M]．合肥：中國科技大 學出版社， ． [3]孫煥根．電子測量與智能儀器 [M] ．浙江大學出版社， 1991． 137170 頁． [4]付家才 ． EDA 工程實踐技術(shù) [J]．北京：化學出版社， 2020， 175187頁． [5]潘松、黃繼業(yè) ． EDA 技術(shù)實用教程 [M]． 北京 :科學出版社 , 2020 .368375頁． [6]唐穎、阮文海 ． 基于 FPGA/CPLD芯片的數(shù)字頻率計設計 [J]． 杭州 .浙江樹人大學學報 ． [7]王振紅、錢飛 ． 基于 VHDL語言的數(shù)字頻率計的設計 [J]． .秦皇島：冶金自動 化 .2020年增刊． [8]楊守良 ． 基于 FPGA的數(shù)字頻率計的設計和實現(xiàn) [J]． 電子技術(shù) ． [9]林建英、伍勇 ． 自適應快速高精度數(shù)字頻率計片上系統(tǒng)設計實現(xiàn) [J]． 大連：實驗科學與技術(shù) .2020 年第 1 期． [10]于海雁、李達斌、李強 ． VHDL 及其在數(shù)顯頻率計中的應用 [J]． 沈陽： 沈陽工業(yè)大學學報。 ． [11]王秀霞、鄭繩楦 ． 基于 CPLD自動換檔數(shù)字頻率計的設計 [J]． 北京：微電子學 .． [12]吳海洲、王文理 ． 基于 VHDL語言的數(shù)字頻率計的設計 [J]． 保定：現(xiàn)代電 子技術(shù) .． [13]張亦華、延明 ． 數(shù)字電路 EDA 入門 —— VHDL 程序?qū)嵗?[M]． 北京：北京郵電大學出版社 . 頁． [14]徐志軍、王金明、尹廷輝等 ． EDA 技術(shù)與 PLD 設計 [M]． 北京：人民郵電出版社 .2020. 220223頁． [15]張常年、王振紅 ． 綜合電子設計與實踐 [M]． 北京：清華北京郵電大學出版社 .． [16] F. Azzaro。 M. Galletta Automatic colorimetric analyzer prototype for high frequency measurement ofnutrients in seawater[J]． 2020 Marine Chemistry 191198． [17] Iboun Taimiya Sylla。 Mustapha Slamani。 Bozena Kaminska A unity gain high speed buffer to improve signal integrity in high frequency test interface[J]． 2020, , Journal of Electronic Testing． 陜西理工學院畢業(yè)論文（設計） 第 36 頁 共 58 頁 附錄 A 英文文獻原文 （ From: 17 Fundamentals of Time and Frequency Introduction Coordinated Universal Time (UTC) Time and Frequency Measurement Accuracy . Stability Time and Frequency Standards Quartz Oscillators . Rubidium Oscillators . Cesium Oscillators Time and Frequency Transfer Michael A. Lombardi Fundamentals of Time and Frequency Transfer National Institute of Standards . Radio Time and Frequency Transfer Signals and Technology Closing Introduction Time and frequency standards supply three basic types of information: timeofday, time interval, and frequency. Timeofday information is provided in hours, minutes, and seconds, but often also includes the date (month, day, and year). A device that displays or records timeofday information is called a clock. If a clock is used to label when an event happened, this label is sometimes called a time tag or time stamp. Date and timeofday can also be used to ensure that events are synchronized, or happen at the same time. Time interval is the duration or elapsed time between two events. The standard unit of time interval is the second(s). However, many engineering applications require the measurement of shorter time intervals, such as milliseconds (1 ms = 10 3 s), microseconds (1 μs = 10 6 s), nanoseconds (1 ns = 10 9 s), and picoseconds (1 ps = 10 12 s). Time is one of the seven base physical quantities, and the second is one of seven base units defined in the International System of Units (SI). The definitions of many other physical quantities rely upon the definition of the second. The second was once defined based on the earth‘s rotational rate or as a fraction of the tropical year. That changed in 1967 when the era of atomic time keeping formally began. The current definition of the SI second is: The duration of 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between two hyperfine levels of the ground state of the cesium133 atom. Frequency is the rate of a repetitive event. If T is the period of a repetitive event, then the frequency f is its