【正文】 LS14 Schmitt toggle integration to plastic signal. Through simulation and download to the development board, can achieve the function of frequency measurement etc precision, Frequency measurement range from 1Hz to 1MHz. Proof of this scheme is feasible, Keywords: equal precision, frequency measurement, FPGA, Libero, HDL 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng) 性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 經(jīng)過(guò)仿真 下載驗(yàn)證 ,能夠?qū)崿F(xiàn)等精度測(cè)頻功能，頻率測(cè)量范圍 1Hz～1MHz， 證明該設(shè)計(jì)方案切實(shí)可。利用 74LS244三態(tài)緩沖器和三極管對(duì)電流進(jìn)行放大，使得 LED數(shù)碼管更亮。 基于周立功公司生產(chǎn)的 EasyFPGA030 開(kāi)發(fā)板， 在 集成 開(kāi)發(fā)軟件環(huán)境下 ,采用硬件編程語(yǔ)言 VerilogHDL 編寫(xiě)計(jì)數(shù)器模塊，除法器模塊，并且用 Synplify 進(jìn)行綜合， ModelSim 進(jìn)行仿真 并且給出它們的仿真結(jié)果， Designer 進(jìn)行布局布線， 利用 FlashPro 和并口線下載到開(kāi)發(fā)板上 。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 摘要： 根據(jù)等精度測(cè)量的原則，提出了一種基于 FPGA的 等進(jìn)度 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)方案。 介紹了等精度的多周期同步測(cè)頻原理 ,并對(duì)其測(cè)量精度和特點(diǎn)同傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行了對(duì)比分析 ,證明了多周期同步測(cè)頻方法的優(yōu)勢(shì)。 利用 AT89C51單片機(jī) 與共陽(yáng)極 LED數(shù)碼管 對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行 動(dòng)態(tài) 顯示 。利用 74LS14集成施密特觸發(fā)器的反相器進(jìn)行信號(hào)的整形。 關(guān)鍵詞 ： 等精度；頻率測(cè)量； FPGA； VerilogHDL； Libero。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使 用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 ，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 目 錄 摘 要 ...........................................................I Abstract ........................................................II 第 1章 緒論 ......................................................1 課題背景 ...................................................1 課題來(lái)源、目的和意義 .......................................2 本文結(jié)構(gòu) ...................................................3 第 2章 主要研究?jī)?nèi)容 ..............................................4 引言 .......................................................4 數(shù)字頻率計(jì)主要技術(shù)指標(biāo) [4] ...................................4 常用直接測(cè)頻的方法 .........................................5 等精度頻率測(cè)量算法 .........................................5 等精度測(cè) 量誤差分析 .........................................6 總體設(shè)計(jì) ...................................................7 本章小結(jié) ...................................................7 第 3章 FPGA設(shè)計(jì) .................................................9 引言 .......................................................9 計(jì)數(shù)器模塊 ................................................11 分頻模塊 ..............................................12 預(yù)置閘門(mén)模塊 ..........................................13 實(shí)際閘門(mén)模塊 ..........................................13 計(jì)數(shù) Nx 模塊 ...........................................14 計(jì)數(shù) Ns 模塊 ...........................................14 通信控制模塊 ..........................................15 計(jì)數(shù)器各模塊連接詳圖 ..................................15 除法器模塊 ................................................16 除法控制器 ............................................17 除法運(yùn)算器 ............................................19 通信信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊 ......................................21 除法器各模塊連接詳圖 ..................................21 本章小結(jié) ..................................................22 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VII 第 4章 顯示及信號(hào)整形設(shè)計(jì) .......................................24 引言 ......................................................24 單片機(jī)顯示模塊 ............................................25 單片機(jī)顯示軟件件設(shè)計(jì) ..................................28 單片機(jī)顯示硬件設(shè)計(jì) ....................................29 信號(hào)整形模塊 ..............................................30 本章小結(jié) ..................................................31 第 5章 總 體設(shè)計(jì)驗(yàn)證 .............................................32 結(jié) 論 ..........................................................34 致 謝 ..........................................................36 參考文獻(xiàn) ........................................................37 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 課題 背景 EDA(Electronic Design Automation——電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 )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(guò) VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language） 硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)，用 FPGA（ Field－ Programmable Gate Array—— 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 ） 來(lái)實(shí)現(xiàn)小型電子設(shè)備的設(shè)計(jì)，是開(kāi)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(shí)也利于設(shè)計(jì)的分解、交流和重用。而實(shí)現(xiàn)等精度的算法主要是，在計(jì)數(shù)法和測(cè)周期法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型等精度頻率測(cè)量算法，主要原理是預(yù)置閘門(mén)信號(hào)頻率時(shí)隨著被測(cè)信號(hào)頻率的改變而改變，從而實(shí)現(xiàn)了等進(jìn)度的測(cè)量。其中，歐美頻率計(jì)廠家所占有的市場(chǎng)份額最大。 Pendulum Instruments 公司是一家瑞典公司，總部位于瑞典首都斯德哥爾摩。 Pendulum Instruments 公司常規(guī)頻率計(jì)型號(hào)主要有： CNT9 CNT90、 CNT8 CNT85。以及微波頻率計(jì) CNT90XL（頻率測(cè)量范圍高達(dá) 60G）。Agilent 科技公司成立于 1939 年，在電子測(cè)量領(lǐng)域也有著 70 多年的研發(fā)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 生產(chǎn)經(jīng)歷。同時(shí)， Agilent 科技公司還推出微波頻率計(jì)：53150A， 53151A， 53152A（ 頻率測(cè)量范圍最高可達(dá) 46G） 。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(cè)量工具。由此而延伸的頻率測(cè)量是電子測(cè)量領(lǐng)域里的一項(xiàng)重要內(nèi)容 [1]。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)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(cè)試中。 在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來(lái)對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。 頻率計(jì)又稱(chēng)為 頻率計(jì)數(shù)器 ，是一種專(zhuān)門(mén)對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。 頻率計(jì)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：時(shí)基電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。主門(mén)的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門(mén)脈沖。 在工程測(cè)量中不少物理量的測(cè)量，如時(shí)間測(cè)量，速度測(cè)量，速度控制等，都涉及到頻率測(cè)量。 隨著科技發(fā)展，人們對(duì)頻率測(cè)量的進(jìn)度要求越來(lái)越高， 在此基礎(chǔ)上的等精度頻率計(jì)具有相當(dāng)重要的意義。 本文結(jié)構(gòu) 本文主要內(nèi)容如下： 第 2 章中，介紹等精度頻率測(cè)量的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方案。 EasyFPGA030 開(kāi)發(fā)板， 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹，頻率計(jì)總體，計(jì)數(shù)器模塊，除法器模塊設(shè)計(jì)過(guò)程，并且給出它們的仿真結(jié)果。介紹了 AT89C51 單片機(jī)， LED 數(shù)碼管， 74LS244 等相關(guān)硬件介紹。 第 5 章中，總體設(shè)計(jì) 驗(yàn)證。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 主要研究?jī)?nèi)容 引言 本章主要介紹數(shù)字頻率計(jì)的相關(guān)計(jì)數(shù)指標(biāo)，傳統(tǒng)的頻率測(cè)量方法和等精度測(cè)量方法，并且對(duì)等精度測(cè)量方法進(jìn)行誤差分析，從而與傳統(tǒng)頻率測(cè)量方法對(duì)比，得到等精度測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)所在。 數(shù)字頻率計(jì)主要技術(shù)指標(biāo) [4] （ 1） 頻率準(zhǔn)確度 一般用相對(duì)誤差來(lái)表示，即 ???????? ????? ccxxx ffTfff 1 （ 21） 式中，NNNTfx11 ???? 為量化誤差（即 1? 個(gè)字誤差），是數(shù)字儀器所特有的誤差，當(dāng)閘門(mén)時(shí)間 T 選定后， xf 越低，量化誤差越大：TTffcc ??? 為閘門(mén)時(shí)間相對(duì)誤差，主要有時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度決定，