【正文】 th the electronic technology, microelectronics technology and puter science, can be used in designing electronic product automatically. Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies. We firstly present some background information of EDA, FPGA/CPLD,VHDL and the EDA software platform QUARTUS Ⅱ in this thesis。s measuring range is 1HZ20MHZ,use QUARTUS Ⅱ integrated development environment for editing, synthesis, wave simulation, and download to the FPGA device, by the actual circuit testing, simulation and experimental results show that the frequency meter has high practical and reliability. Keywords: qual precision, VHDL, Frequency measurement, digital frequency meter III 目 錄 摘 要 ............................................................. I Abstract .......................................................... II 第一章 緒 論 ....................................................... 1 課題背景 ....................................................... 1 課題來源 目的和意義 ............................................. 2 本文主要研究內(nèi)容 ............................................... 3 第二章 FPGA 技術(shù)及開發(fā)環(huán)境介紹 .................................... 4 基于 EDA 的 FPGA 開發(fā) ............................................ 4 FPGA 簡介 .................................................................................................... 4 用 FPGA 進(jìn)行開發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn) ........................................................................ 5 硬件描述語言 (HDL).............................................. 6 語言簡介 .............................................................................................. 7 利用 VHDL 語言開發(fā)的優(yōu)點(diǎn) ........................................................................ 7 QuartusII 概述 ................................................ 8 第三章 等精度頻率計(jì)原理分析 ....................................... 10 引言 .......................................................... 10 數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) ...................................... 10 常用測頻方案 .................................................. 11 等精度測頻原理 ................................................ 11 誤差分析 ...................................................... 12 第四章 等精 度數(shù)字頻率計(jì) IP 核的設(shè)計(jì) ............................... 14 等精度數(shù)字頻率計(jì)工作原理 ...................................... 14 等精度數(shù)字頻率計(jì)主要組成部分 ............................................................ 14 等精度數(shù)字頻率計(jì)測頻原理 .................................................................... 15 TOP 模塊仿真 ............................................................................................ 17 測頻 \周期控制 模塊 ............................................. 17 測頻 \周期控制原理 .................................................................................. 17 測頻 \周期控制模塊仿真 .......................................................................... 18 頻率 \周期測量模塊 ............................................. 18 測頻常用方法 ........................................................................................... 18 測周期常用方法 ........................................................................................ 19 頻率 \周期測量步驟 ................................................................................. 19 自校 /測試頻率選擇模塊及計(jì)數(shù)器二頻率切換模塊仿真 ...................... 20 脈寬測量模塊 .................................................. 21 脈沖測量原理 ........................................................................................... 21 測量脈沖寬度的工作步驟 ........................................................................ 22 脈沖測量模塊仿真 ................................................................................... 22 占空比測量模塊 ................................................ 22 計(jì)數(shù)器模塊 .................................................... 23 計(jì)數(shù)器原理 ............................................................................................... 23 計(jì)數(shù)器模塊仿真 ........................................................................................ 24 結(jié) 論 ............................................................ 25 IV 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................... 26 致 謝 ............................................................ 27 附 錄 I .......................................................... 27 附 錄 II .......................................................... 34 1 第一章 緒 論 課題背景 EDA(Electronic Design Automation—— 電子設(shè)計(jì)自動化 ) 是指以計(jì)算機(jī)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?的開發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)開發(fā)軟件，自動完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、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，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯 映 射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T 新 技術(shù) ， EDA 代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，通過 VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language） 硬件描述語言的設(shè)計(jì)，用 FPGA（ Field－ Programmable Gate Array—— 現(xiàn)場可編程門陣列 ） 來實(shí)現(xiàn)小型電子設(shè)備的設(shè)計(jì)，是開發(fā)儀器儀表的主流。由于 VHDL 已成為IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，目前的 EDA 工具可以使 ASIC 系統(tǒng)的行為、功能、算法用 VHDL 描述直接生成 FPGA 器件，使設(shè)計(jì)者將精力集中于設(shè)計(jì)構(gòu)思，提高了設(shè)計(jì)效率，同時也利于設(shè)計(jì)的分解、交流和重用 [1,2]。 而實(shí)現(xiàn)等精度的算法主要是，在計(jì)數(shù)法和測周期法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型等精度頻率測量算法，主要原理是預(yù)置閘門信號頻率時隨著被測信號頻率的改變而改變，從而實(shí)現(xiàn)了等進(jìn)度的測量 [3]。相比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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_Down）和基于庫（ LibraryBased）的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)者可以不必了解硬件結(jié)構(gòu)。 數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)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。將使整個系統(tǒng)大大簡化。 2 數(shù)字頻率計(jì)是通信設(shè)備、音、視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。整個系統(tǒng)非常精簡，且具有靈活的現(xiàn)場可更改性 [4]。頻率計(jì)在電子工程，資源勘探 發(fā)揮著巨大作用 ，有條不紊地工作著，高效率地支配著系統(tǒng)的運(yùn)行，是工程技術(shù)人員必不可少的測量工具。由此而延伸的頻率測量是電子測量領(lǐng)域里的一項(xiàng)重要內(nèi)容 。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量 頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。 在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測試中。 在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。 頻率計(jì)又稱為 頻率計(jì)數(shù)器 ，是一種專門對被測信號頻率進(jìn)行測量的電子測量儀器。 頻率計(jì)主要由四個部分構(gòu)成：時基電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。主門的另外一個輸入端為時基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。 在工程測量中不少物理量的測量，如時間測量，速度測量，速度控制等，都涉及到頻率測量。 本文主要研究內(nèi)容 針對論文和設(shè)計(jì)工作，本文包括以下幾章內(nèi)容： 1. 簡要介紹了課題背景和研究的意義、以及數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展趨勢。 3. 詳細(xì)介紹了等精度頻率計(jì)的技術(shù)