電子測量與儀器檢測實(shí)驗(yàn)報告-展示頁
2024-08-29 23:32本頁面
【正文】 Zhangfengying_Syn_Sec_pulse_Module圖25同步秒脈沖模塊Zhangfengying_Counters圖26 計數(shù)器模塊三個模塊作用簡介 異步秒脈沖模塊：用來產(chǎn)生接近一秒的正電平，系統(tǒng)正是通過計算這一秒內(nèi)待測信號的振動次數(shù)以及CLK_50M的振動次數(shù)，再通過這兩個次數(shù)算出待測信號的頻率的。有條件的可以采用任一款式的單片機(jī)訪問該等精度的測頻模塊，直接使用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的方波作為待測信號，從而驗(yàn)證該模塊的正確性。顯示設(shè)備可由led或是12864等簡單、便宜的顯示設(shè)備組成，通過CPU的控制把測得的數(shù)據(jù)（兩個計數(shù)其中的值或是被測信號的頻率）顯示出來。CPU用來讀取“等精度測頻”模塊中的兩個計數(shù)值，再利用這兩個計數(shù)值推算出待測信號的頻率，并獲取按鍵指令以及控制顯示設(shè)備用來顯示結(jié)果。 系統(tǒng)整體框圖圖23 等精度測頻的系統(tǒng)總體框圖 框圖解釋：波形變換器用來將待測正弦波變換成同頻率的方波，以便于后面的數(shù)字電路的處理，通常使用比較器或是施密特觸發(fā)器來完成。不過，通常，故誤差相對小得多。這樣，用該計數(shù)器測頻，不管頻率高低，其精度是相同的。三、實(shí)驗(yàn)電路及原理說明圖21 多周期同步測頻的原理方框圖圖22 多周期同步測頻的工作波形圖 工作原理圖21給出了多周期同步測頻率的原理方框圖，圖22是對應(yīng)的工作波形圖。JTAG下載線一條。函數(shù)發(fā)生器一臺。 學(xué)習(xí)用仿真工具調(diào)試硬件模塊的方法以及用單片機(jī)訪問FPGA的方法。 掌握用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)自己設(shè)計方案的方法。信息工程學(xué)院電子測量與儀器檢測實(shí)驗(yàn)報告 題目：等精度同步測頻 班級： 學(xué)號： 姓名： 老師： 2012年6月4日實(shí)驗(yàn)二 等精度同步測頻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握等精度同步測頻的工作原理。 掌握VHDL和Verilog硬件描述語言的用法。 了解Quartus II或是Maxplus II的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)一臺。FPGA開發(fā)板一塊。安裝Quartus II 或是Maxplus II軟件。其工作過程是：單片機(jī)預(yù)置一定寬度（如1s）的閘門脈沖信號，加至D觸發(fā)器以形成同步閘門信號T；被測信號頻率分兩路加入，一路加至D觸發(fā)器作為CP時鐘，和預(yù)置閘門一起作用，在Q端形成同步閘門[見圖22中T的波形]，并分別加到主門1和主門2上，將主門2同時打開；這時，被測頻率通過主門1進(jìn)入計數(shù)器1，對進(jìn)入的周期數(shù)進(jìn)行計數(shù)，得計數(shù)值；同時，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率通過主門2進(jìn)入計數(shù)器，得計數(shù)值，其波形如圖22所示，由圖可得：因此： 誤差分析 由以上工作過程和波形圖可以看出，對被測信號的計數(shù)是與閘門同步的，故不存在量化（）誤差。這時，誤差僅發(fā)生在計數(shù)器2對的計數(shù)值上，因?yàn)橹鏖T2與之間并無同步關(guān)系，故仍存在量化誤差。多周期同步計數(shù)器測頻的誤差為：，N為T時間內(nèi)晶振震蕩的次數(shù)。等精度測頻器即是我們設(shè)計的核心單元，主要用來數(shù)出待測信號以及CLK_50M在一秒的定時內(nèi)震蕩的次數(shù)；里面包括兩個32位的寄存器，這兩個寄存器共用一組地址、讀寫、片選、數(shù)據(jù)總線，CPU可以通過這組總線來訪問兩個寄存器，從而便于CPU讀取并計算出待測信號的頻率。按鍵用來接收用戶的輸入，每按一個鍵就會產(chǎn)生一個中斷，使CPU轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，從而完成相應(yīng)的工作。4）采用Verilog或者VHDL實(shí)現(xiàn)等精度測頻的模塊等精度測頻模塊是本實(shí)驗(yàn)的核心模塊，也是我們實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，要求同學(xué)們用VHDL或是Verilog語言中的至少一種寫出其功能，并用仿真工具進(jìn)行時序仿真，驗(yàn)證模塊的正確性。等精度測頻模塊是由三個更小的子模塊組成的，分別是：異步秒脈沖模塊、同步秒脈沖模塊、計數(shù)器模塊。之所以說是“異步秒脈沖”，這里的“異步”是相對于待測信號的步調(diào)的，也就是說，不與待測信號的上升沿或是下降沿同步，那么就是“異步的”。計數(shù)器模塊：用來數(shù)出同步秒脈沖的時間內(nèi)CLK_50M震動的次數(shù)，比如說N1，同時也可以數(shù)出同步秒脈沖時間內(nèi)待測信號的振動次數(shù)，比如說N2，那么待測信號的頻率將會是：N2/N150000000。一秒結(jié)束后計數(shù)的最終結(jié)果存放在reg_CLK50M_N和reg_SigX_N中。當(dāng)CPU讀出這兩個寄存器中的數(shù)據(jù)之后就可以統(tǒng)計簡單的計算得到待測信號的頻率，并顯示之。具體連接方式見附錄。 讀懂本文所附的參考程序，在Quartus II中為每一個模塊建立仿真激勵文件，分別給三個子模塊仿真，再對頂層模塊進(jìn)行仿真。 4*、有條件的同學(xué)可以使用開發(fā)板做成模塊，再用單片機(jī)訪問。 Clk=50M,當(dāng)輸入的信號為5M時的仿真波形:從圖中可以看出reg_CLK50M_N=00000000000000000000000000000110即10 reg_SigX_N =0000000000000000000000000000001即1計算可得輸入信號的頻率：（reg
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