西安交通大学城市学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题目等精度测频法的频率计设计
所在系电气与信息工程
学生姓名 XX
专业电子信息工程
班级测控X X X学号X X X X X X X X
指导教师X X X X X
教学服务中心制表
2014 年 3 月
本科毕业设计（论文）开题报告
广州大学学生实验报告 实验室：电子信息楼 317EDA 2017 年 10 月 2 日 学院机电学院年级、专 业、班 电信 151 姓名苏伟强学号1507400051 实验课 程名称 可编程逻辑器件及硬件描述语言实验成绩 实验项 目名称 实验4 2位十进制高精度数字频率计设计指导老师 秦剑 一实验目的 1 熟悉原理图输入法中74系列等宏功能元件的使用方法，掌握更复杂的原理图层次化设计技术和数字系统设计方法。 2 完成2位十进制频率计的设计，学会利用实验系统上的FPGA/CPLD验证较复杂设计项目的方法。 二实验原理 1 若某一信号在T秒时间里重复变化了N 次，则根据频率的定义可知该信号的频率fs 为：fs=N/T 通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。 三实验设备 1 FPGA 实验箱，quarteus软件 四实验内容和结果 1 2位十进制计数器设计 1.1 设计原理图：新建quarteus工程，新建block diagram/schematic File文件，绘制原理图，命名为conter8,如图1，保存，编译，注意：ql[3..0]输出的低4位（十进制的个位）， qh[3..0]输出的高4位（十进制的十位） 图片11.2 系统仿真：如图2建立波形图进行波形仿真，如图可以看到完全符合设计要求，当clk输入时钟信号时，clr有清零功能，当enb高电平时允许计数，低电平禁止计数，当低4位计数到9时向高4位进1 图2 1.3 生成元件符号：File->create/updata->create symbol file for current file,保存，命名为conter8,如图3为元件符号（block symbol file 文件）： 图3 2 频率计主结构电路设计 2.1 绘制原理图：关闭原理的工程，新建工程，命名为ft_top,新建原理图文件，在project navigator的file 选项卡，右键file->add file to the project->libraries->project library name添加之前conters8工程的目录在该目录下，这样做的目的是因为我们会用到里面的conters8进行原理图绘制，绘制原理图，如图4，为了显示更多的过程信息，我们将74374的输出也作为output,重新绘制了原理图，图5 图4
1 #include 数字频率计 摘要 以FPGA（EP2C8Q208C8N）为控制核心设计数字频率计，设计采用硬件描述语言Verilog 该作品主要包括FPGA控制、数码管模块、信号发生器、直流电源模块、独立按键、指示灯模块。主要由直流电源供电、数字信号发生器输出信号，FPGA 控制信号的采集、处理、输出，数码管显示数据，按键切换档位，指示灯显示档位。作品实现了测频、测周、测占空比，能准确的测量频率在10Hz 到100kHz之间的信号。 关键字: 频率计等精度 FPGA （EP2C8Q208C8N）信号发生器Verilog语言 一、系统方案论证与比较 根据题目要求，系统分为以下几个模块，各模块的实现方案比较选择与确定如下： 1．主控器件比较与选择 方案一：采用FPGA（EP2C8Q208C8N）作为核心控制，FPGA具有丰富的I/O 口、内部逻辑和连线资源，采集信号速度快，运行速度快，能够显示大量的信息，分频方便。 方案二：采用SST89C51作为主控器件，虽然该款单片机较便宜，但运行速度较慢，不适合对速度有太大要求的场合，并且不带AD，增加了外围电路。 综上所述，主控器件我选择方案一。 2.测量方法的比较与选择 方案一：采用测频法测量。在闸门时间内对时钟信号和被测信号同时计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是被测信号的整数倍，导致计数相差为一个被测信号时间，所以测频法只适合频率较高的测量。 方案二：采用测周法测量。用被测信号做闸门，在闸门信号内对时钟信号计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是时钟信号的整数倍，导致计数相差为一个时钟信号时间，所以测周法只适合较低频率的测量。 方案三：采用等精度法和测周法结合的方法。用等精度发测量1KHZ以上的频率，测周法测量1KHZ一下的频率。这种方法取长补短，既能准确的测高频又能测低频。 综上所述，测量方法我选用方案三。 3. 界面显示方案的选择 方案一：采用数码管显示，控制程序简单，价格便宜，显示直观。 方案二：液晶5110，虽然体积小，可以显示各种文字，字符和图案。 考虑到数码管完全可以满足数据显示要求，所以显示部分我选用方案一。 二、理论分析与计算 1、键盘设计 系统中我们采用独立键盘，用2个I/O控制2个键。原理是将2个I/O口直接接键盘的2个引脚，低电平有效，这种键盘的优点反应的速率快。 2、计算公式 （1）测频： 1khz以上：被测频率=时钟频率*（被测频率计数/时钟频率计数） 1khz以下：被测频率=时钟频率/（时钟频率在被测信号高电平计数+时钟频率在被测信号低电平计数） 2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题） 摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法 目录 1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。 《综合课程设计》 一．数字频率计的设计 姓名：万咬春学号2005142135 一、课程设计的目的 通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。 二、课程设计的内容和要求 1．课程设计内容 （硬件类）频率测量仪的设计 2．课程设计要求 频率测量仪的设计 要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602 上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。 三．实验原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一：（定时1s测信号脉冲次数） 用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下： 实验原理分析： 1．根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。 2．实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二（测信号正半周期） 对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx （外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下： 实验原理分析： 1．根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号 2．由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD 浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测 得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关 系。 3．由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用 该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。 而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)）如12MHZ的单片机为8Hz。 四．实验内容及步骤 1. 仿真模型的构建 数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下： 目录 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第一章 FPGA及Verilog HDL．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 FPGA简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 Verilog HDL 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第二章数字频率计的设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.1 设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.2 频率测量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.3．系统的硬件框架设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.4系统设计与方案论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第三章数字频率计的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1系统设计顶层电路原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.2频率计的VHDL设计．...．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第四章软件的测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1测试的环境——MAX+plusII．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.2调试和器件编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.3频率测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 一.捕获法 现给出主要代码CaiJi.c #include "stm32f10x.h" #include "CaiJi.h" //配置系统时钟,使能各外设时钟 void RCC_Configuration(void) { SystemInit(); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟配置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_AFIO , ENABLE ); } void GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } void NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; #ifdef VECT_TAB_RAM NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM, 0x0); #else NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0); #endif NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); 采用等精度测频原理的频率计的设计 一.设计要求 1.设计一个用等精度测频原理的频率计。 2.频率测量测量范围１~9999; 3．用4位带小数点数码管显示其频率; 二．测频原理及误差分析 1.常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。 2.测频法就是在确定的闸门时间Ｔw内,记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：ｆx=Nx/Tw。 3．测周期法需要有标准信号的频率ｆs,在待测信号的一个周期Ｔx内,记录标准频率的周期数Ns,则被测信号的频率为:fx=fs/Ns。 4．这两种方法的计数值会产生±1个字误差,并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度,一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法,因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。 ５．等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。 6.它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍,即与被测信号同步,因此，测除了对被测信号计数所产生±１个字误差,并且达到了在整个测试频段的等精度测量。 等精度测频原理波形图 7．在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。 8.首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数,而是等到被测信 号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。 然后预置闸门关闭信号(下降沿）到时,计数器并不立即停止计数,而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数,完成一次测量过程。可以看出,实际闸门时间τ与预置闸门时间τ1并不严格相等,但差值不超过被测信号的一个周期 9．设在一次实际闸门时间τ中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。 10.标准信号的频率为fs,则被测信号的频率为 11．由式(１)可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为 １2.δ=(|fxc-fx｜/fxe)×100% (2) 1３.其中fxｅ为被测信号频率的准确值。 14.δ=|ΔNs|/Nｓ≤１/Nｓ＝1/(τ·fs) ?由上式可以看出,测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标 准信号频率有关,即实现了整个测试频段的等精度测量。 ?闸门时间越长,标准频率越高，测频的相对误差就越小。 ?标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生,在保证测量精度不变的前提 下,提高标准信号频率,可使闸门时间缩短，即提高测试速度。 等精度测频的实现方法可简化为下图所示的框图 三．设计步骤 ?CNＴ1和ＣＮT2是两个可控计数器，标准频率（fs）信号从CNＴ1的时钟输入端ＣLK 输入；经整形后的被测信号(fx)从CNT2的时钟输入端CLK输入。 ?每个计数器中的ＣEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。 ?当预置门信号为高电平(预置时间开始)时,被测信号的上升沿通过D触发器的输出端, 等精度数字频率计的设计 李艳秋 摘要 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。 关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGA Ⅱ ABSTRACT Along with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precision Keywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate array Ⅱ 基于FPGA的高速高精度频率测量的研究作者：包明赵…文章来源：单片机与嵌入式系统应用点击数：35 更新时间：2007-2-11 作者：包明赵明富郭建华来源：《单片机及嵌入式系统应用》 摘要：以FPGA为核心的高速高精度的频率测量，不同于常用测频法和测周期法。本文介绍的测频方法，不仅消除了直接测频方法中对测量频率需要采用分段测试的局际，而且在整个测试频段内能够保持高精度不变。又由于采用FPGA芯片来实现频率测量，因而具有高集成度、高速和高可靠性的特点。 关键词：频率测量 FPGA 高精度 引言 在电子测量技术中，测频是最基本的测量之一。常用的直接测频方法在实用中有较大的局限性，其测量精度随着被测信号频率的下降而降低，并且对被测信号的计数要产生±1个数字误差。采用等精度频率测量方法具有测量精度，测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化；并且结合现场可编程门阵列FPGA （Field Programmable Gate Array）具有集成度高、高速和高可靠性的特点，使频率的测频范围可达到0.1Hz～100MHz，测频全域相对误差恒为1/1 000 000， 1 测频原理及误差分析 常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。测频法就是在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：fx=Nx/Tw。测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：fx=fs/Ns。这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。 等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，测除了对被测信号计数所产生±1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。其测频原理如图1所示。 2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 摘要 目录 等精度数字频率计的设计 （Design of equal precision digital frequency meter）作者：李欢（电子工程学院光信息科学与技术 1103班） 指导教师：惠战强 摘要：伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。 数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。本文首先综述了EDA技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的历史及其优点，然后介绍了频率测量的一般原理。 关键字：电子设计自动化；VHDL语言；频率测量；数字频率计 Abstract The Electronic Design Automation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuit's growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer 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 and VHDL;then introduced the general principle of frequency measurement. Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter. 基于IPC控制系统的实时高精度测频方法 张予生1，王明武2，王永华2 （1郑州轻工业学院后勤保障处，河南郑州 450002 2郑州轻工业学院河南省信息化电器重点实验室，河南郑州 450002） 摘要：针对IPC控制系统中流量计高精度的实时测频问题，分析了PCI-1712L和KPCI-714的测频原理和实际测试结果；通过PLC高速计数功能完成了对流量计的测频，实现了实时流量的高精度测量；利用平均值滤波算法修正了误差，使得精度进一步提高。该方法测到的频率精度达到0.4％, 采集速度为20次/秒。 关键词：IPC控制系统；流量计频率测定；PLC高速计数通道；PCI-1712L; KPCI-7414 中图分类号：TP274+.2 文献标识码：B A real-time frequency measuring method with high accuracy based on IPC control system Zhang Yusheng1,Wang Yonghua 2, Wang Mingwu 2 ( 1 Dept. of Logistics, ZhengZhou university of light Industry, Zhengzhou 450002, Henan State 2 ZhengZhou university of light Industry. Key Laboratory of informational Electric Apparatus in Henan State, Zhengzhou 450002) Abstract: To solve real-time frequency measuring problem of flow meter with high accuracy in the IPC control system, analyzed the frequency measuring principium and actual results of PCI-1712L and KPCI-714. By using high speed counter of PLC, measured the frequency of flow meter at high accuracy. Adopted the average filtering algorithm to modify error and improve data precision. The precision of frequency parameter can reach 0.4 % and the sampling speed can reach to 20 times/sec by using this method. Keywords：Industry PC control system; frequency measuring of flow meter; high speed counter of PLC; PCI-1712L; KPCI-7414 0 引言 气动阀性能参数采集与处理系统是针对高标准的军用气动阀性能测试要求而设计的。介质流量是气动阀最重要的性能参数，它是通过流量计输出的一串幅值为30VDC的频率信号而获得的。测试介质是高压压缩空气，流速极快，所以如何实现流量计实时的高精度测频是整个控制系统设计的一个难点和重要环节。我们先后使用台湾研华公司PCI-1712L数据采集卡和北京科日新公司KPCI-7414测频模 基于Ver ilog语言的等精度频率计设计 赵 亮,吴振宇 (大连理工大学创新院 ,辽宁省大连市116023) 摘 要:介绍了等精度测量频率的原理,利用Veril og硬件描述语言设计实现了频率计内部功能模块,对传统的等精度测量方法进行了改进,增加了测量脉冲宽度的功能;采用AT89S51单片机进行数 据运算处理,利用液晶显示器对测量的频率、周期、占空比进行实时显示,可读性好。充分发挥FPG A (现场可编程门阵列)的高速数据采集能力和单片机的高效计算与控制能力,使两者有机地结合起来。 在QuartusⅡ6.0EDA(电子设计自动化)开发平台上进行仿真、测试,并最终下载到FPG A芯片内部。 系统测量精度高,实时性好,具有很好的应用前景。 关键词:等精度;频率计;Veril og硬件描述语言;单片机 中图分类号:T M935.1 收稿日期:2007201222;修回日期:2007203221。 0 引 言 传统测量频率的方法主要有直接测量法、分频测 量法、测周法等,这些方法往往只适用于测量一段频 率,当被测信号的频率发生变化时,测量的精度就会下 降。本文提出一种基于等精度原理的测量频率的方 法,在整个频率测量过程中都能达到相同的测量精度, 而与被测信号的频率变化无关。本文利用FPG A(现 场可编程门阵列)的高速数据处理能力,实现对被测 信号的测量计数;利用单片机的运算和控制能力,实现 对频率、周期、脉冲宽度的计算及显示。 1 等精度测量原理 等精度测量的一个最大特点是测量的实际门控时 间不是一个固定值,而是一个与被测信号有关的值,刚 好是被测信号的整数倍。在计数允许时间内,同时对 标准信号和被测信号进行计数,再通过数学公式推导 得到被测信号的频率。由于门控信号是被测信号的整 数倍,就消除了对被测信号产生的±1误差,但是会产 生对标准信号±1的误差。如图1所示。 图1 等精度测量原理 系统中,如果采用的标准信号源的精度很高,就可 以达到一个很高的测量精度,一般情况下都是采用晶 体作为标准信号源,因此可以达到很高的精度,满足一 般系统的要求。 2 FPGA模块设计 本系统在传统的等精度测量原理基础上进行了改 进和优化。增加了测量占空比的功能,同时由FPG A 内部产生清零信号,节省了资源。改进后的FPG A核 心模块如图2所示。FPG A部分主要由门控信号产生 模块、计数器控制模块、计数器模块、锁存器、中断输 出、数据选择输出、顶层模块组成。 图2 等精度测量核心结构 1)门控信号 为了测量频率为1Hz的信号,要求系统的开门时 间不小于1s;同理,为了测量0.1Hz频率的信号,要 求开门时间最短为10s。但是如果系统一直采用10s 的门控信号,测量高频信号的等待时间太长,显然不合 理,因为测量结果的显示必须要等到一个测量周期结 束之后才能更新。本系统采用的方法是,由单片机给 FPG A提供一个门控的选择信号,如果FPG A测得的频 率小于1Hz,那么单片机自动给出一个启动10s门控? 4 1 ? 第33卷第9期 2007年9月 电子工程师 E LECTRON I C E NGI N EER Vol.33No.9 Sep.2007等精度频率计的实验报告
全国大学生电子设计大赛题一等奖数字频率计
高精度单片机频率计的设计
计算机毕业论文_基于FPGA的等精度频率计的设计与实现
高精度测频率
采用等精度测频原理的频率计的设计
等精度数字频率计的设计
高速高精度频率测量
全国大学生电子设计大赛F题一等奖数字频率计
设计报告 部分错误未修正，软 件部分未添加
竞赛选题：数字频率计（F 题）
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本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度 的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法， 全部电路使用 PCB 制版，进一步减小误差。
AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度， 且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率 范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为 1s 的等精度测量法。闸门时 间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了 系统精度。
经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指 标上远超赛题发挥部分要求。
关键词：FPGA 自动增益控制 等精度测量法
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摘 要....................................................................................................................1 目录........................................................................................................................ 2 1. 系统方案...................................................................................................3
1.1. 方案比较与选择................................................................................3 1.1.1. 宽带通道放大器.........................................................................3 1.1.2. 正弦波整形电路.........................................................................3 1.1.3. 主控电路.....................................................................................3 1.1.4. 参数测量方案.............................................................................4
1.2. 方案描述............................................................................................4 2. 电路设计...................................................................................................4
2.1. 宽带通道放大器分析........................................................................4 2.2. 正弦波整形电路................................................................................5 3. 软件设计...................................................................................................6 4. 测试方案与测试结果...............................................................................6 4.1. 测试仪器............................................................................................6 4.2. 测试方案及数据................................................................................7
4.2.1. 频率测试.....................................................................................7 4.2.2. 时间间隔测量.............................................................................7 4.2.3. 占空比测量.................................................................................8 4.3. 测试结论............................................................................................9 参考文献................................................................................................................ 9
2 / 10等精度数字频率计的设计
基于ipc控制系统的实施高精度测频方法.
基于Verilog语言的等精度测频计设计
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