等精度测频开题报告.docx

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等精度测频开题报告

西安交通大学城市学院

本科毕业设计（论文）开题报告

学生姓名IBM

班级测控101班学号110100XX

题目采用等精度测频法设计频率测量系统

指导教师杨行

所在系电气信息与工程系

专业测控技术与仪器

教学服务中心制表

2015年03月

本科毕业设计（论文）开题报告

对题目的陈述

1.结合毕业设计（论文）课题情况，根据查阅的文献资料，撰写1000字左右的文献综述：

1）：

选题意义：

测频一直以来都是电子和通讯系统工作的重要手段之一。

高精度的测频仪有着广泛的市场前景。

它被广泛应用与航天、电子、测控等领域。

电子技术领域离不开频率，一旦离开频率电子技术的发展将受到制约，为了准确的测出频率的多少，人们研究出了很多测频率的方法，传统的方法有直接测量法、分频测量法、测周期法等。

以往的测频仪都是在低频段利用测周期的方法、高频段用测频率的方法，其精度往往会随着被测频率的下降而下降。

基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低，在实用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。

所以等精度频率计有研究的价值。

2）：

国内外研究现状：

由于社会发展和科技发展的需要，信息传输和处理的要求的提高，对频率的测量精度也提出了更高的要求，需要更高准确度和时频基准和更精密的测量技术。

而频率测量所能达到的精度，主要取决于作为标准频率源的精度以及所使用的测量设备和测量方法。

目前，国内外使用的测频的方法有很多，有直接测频法、内插法、游标法、时间---电压变化法、多周期同步法、频率倍增法以及相位比较法等。

直接测量频率的方法简单，但是精度不高。

内插法和游标法都是采用模拟电路的方法，虽然精度提高了，但是电路设计却很复杂。

时间---电压变化法是利用电容的充放电时间进行测量，速度较慢，且抗干扰能力较弱。

多周期同步法精度较高，为进一步提高精度，通常采用模拟内插法或者游标法与同步周期法结合，虽然精度提高，但是未解决±1个计数误差，且这些方法设备复杂，不利于推广。

频率误差被增法可以减少计数器的±1个计数误差，提高精度，但是提高的有限。

以上是对现存的几种主要的测频方法的概述，很显然不同的测频方法在不同的应用条件下是具有一定的优势的，而本毕业设计论文中，采用等精度测频方法。

主要是消除了±1个字计数误差，而且用单片机实现，易于设计。

国际上使用最多的原子钟的震荡频率通常是数纳秒（一纳秒=10亿分之一秒）,它是通过调整超高频激光,使之和铯原子钟发射的光波频率相匹配而实现的。

一般说全球卫星定位系统携带原子钟（铷钟、铯钟和氢钟）,因其结构紧凑,可靠性高,寿命长,所以满足了需要。

美国科学家已经研制出了“光学传动装置”,这种装置可将激光光波的高速振动转化成振荡系数正好慢100万倍的激光强度波动,并利用标准检波器显示激光强度在1秒内所振荡的次数,然后将得到的数值乘上100万。

1999年,德国首次报道了“飞秒激光光学频率梳”,飞秒光梳的出现提供了一个准确实用的“光学频率综合器”。

一举将微波频率基准与光学频率/波长联系起来。

由于飞秒光梳的研究成功和迅速推广应用。

使冷原子/离子存储稳频的光频标与飞秒光梳结合成“光钟”。

使光学频率标准的实际应用变为现实。

光钟的研制将成为国际计量发展的一个新热点。

3）：

主要研究内容及技术方法：

通过设计制作出可以用来测量方波、正弦波、三角波的等精度频率测量系统，且外部频率测量范围：

1Hz--9999Hz ，测量信号幅度：

0~500mV。

测量完成后用数码管动态显示测量结果，且测量结果满足设定的测量准确度。

其测频原理波形图如图一所示:

图一：

等精度测频原理波形图

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。

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T与预置闸门时间T1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期。

2.课题研究的方案设计（方法、手段、技术路线、可行性论证）

1）：

设计方案如图二所示：

图二：

等精度频率测量原理图

频率为fx的被测信号经通道滤波、放大、整形后输入到同步门控制电路和主门1（闸门），晶体振荡器的输出信号作为标准信号（时基信号）输入到主门2。

被测信号在同步控制门的作用下，产生一个与被测信号同步的闸门信号，被测信号与标准信号（时基信号）在同步门控制信号的控制下。

在同步门打开时通过同步门分别输入到事件计数器和时间计数器的信号输入端，计数器开始计数。

同步门关闭时信号不能通过主门，计数器停止计数，单片机发出命令读入计数器的数值，并进行数据处理，将处理后的结果送显示。

等精度频率测量方法是采用多周期同步测量。

如图1的测量原理图所示由单片机发出预置门控信号GATE，GATE的时间宽度对测频精度影响较少，可以在较大的范围内选择，即在高频段时，闸门时间较短；低频时闸门时间较长。

实现了全范围等精度测量，减少了低频测量的误差。

在同步门的控制下，一方面保证了被测信号和时基信号的同步测量；另一方面在同步门打开后计数器并不是马上计数，而是在被测信号的下一个上升沿开始计数，同步门关闭后计数器也不是马上停止计数，而是在被测信号的下一个上升沿停止计数。

即在实际闸门时间计数，从而提高了测量精度。

由于采用D触发器实现的同步门的同步作用，事件计数器所记录的Nx值已不存在误差的影响，但由于时钟信号与闸门的开和关无确定的相位关系，时间计数器所记录的N0的值仍存在±1误差的影响，只是由于时钟频率很高，误差的影响很小。

所以在全频段的测量精度是均衡的,从而实现等精度频率测量。

2）：

流程图如图三所示：

图三：

频率测量程序流程图

3.主要进度安排

1）：

3月下旬提交开题报告；

2）：

4月初中、期完成系统的理论设计；

3）：

4月下旬进行上机仿真；

4）：

5月初期完成样品组装并调试；

5）：

5月下旬提交毕业论文并进行毕业论文辩。

6：

4.参考文献目录

[1]申忠如等．《现代测试技术与系统设计》．西安：

西安交通大学出版社，2006．

[2]王建校等．《51系列单片机原理及C语言程序设计》．北京：

科学出版社，2002．

[3]王建校等．《电子系统设计与实践》．北京：

高等教育出版社，2008.

[4]孙肖子等．《电子设计指南》．北京：

高等教育出版社，2005.

[5]张克农等．《数字电子技术基础》（第2版）．北京：

高等教育出版社，2010．

[6]杨拴科等．《模拟电子技术基础》（第2版）．北京：

高等教育出版社，2010．

[7]杨守良.基于FPGA的数字频率计的设计和实现[J].现代电子技术,2005.

[8]王伟.VerilogHDL程序设计与应用[M].北京:

人民邮电出版社,2005.

[9]伞景辉,常青.基于FPGA的乘法器实现结果分析与仿真[J].微处理机,2004.

[10]莫琳.基于FPGA的等精度频率计的设计与实现[J].现代电子技术,2004.

学生（签名）：

年月日

对开题报告的审查意见

指导教师意见

1.对“文献综述”的评语：

2.对研究方案的评价和对研究结果的预测：

指导教师（签名）：

年月日

专业审查意见：

（主要对题目难度、工作量、准备工作、方案设计给出评价）

负责人（签名）：

年月日

系审批意见：

负责人（签名）：

年月日

注：

小四号宋体，1.5倍行距。

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271218789，来意请注明等精度测频

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