数字频率计开题报告.docx

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数字频率计开题报告

数字频率计开题报告

篇一：

开题报告数字频率计

　　杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题目

　　学院

　　专业

　　姓名

　　班级学号指导教师数字频率计的设计与实现通信工程学院通信工程孔冬滨易志强

　　一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

（一）课题的意义

　　在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

近年来,在现代电子系统设计领域中,电子设计自动化已成为重要的设计手段。

简单的搭建电路已经不适应大规模电路设计要求。

EDA的可编写程序设计硬件电路设计，可重复下载的优势非常明显。

这样做既可节省时间又能避免不必要的资源浪费。

数字频率计的设计,其功能是实现信号的频率、周期、占空比以及脉宽等指标的测量，在电子测量、航海、探测、军事等众多领域的应用范围广泛。

　　数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。

而采用FPGA现场可编程门阵列为控制核心，通过硬件描述语言VHDL编程，在QuartusII仿真平台上编译、仿真、调试，并下载到FPGA芯片上，通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量，并且将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

　　本课题采用的是等精度数字频率计，在一片FPGA开发板里实现了数字频率计的绝大部分功能，它的集成度远远超过了以往的数字频率计。

又由于数字频率计最初的实现形式是用硬件描述语言写成的程序，具有通用性和可重用性。

所以在外在的条件（如基准频率的提高，基准频率精度的提高）的允许下，只需对源程序作很小的改动，就可以使数字频率计的精度提高几个数量级。

同时对于频率精度要求不高的场合，可以修改源程序，使之可以用较小的器件实现，从而降低系统的整体造价。

（二）国内外现状及发展趋势

　　我国在这个领域的发展是极其迅速，现在的技术实际已是多年来见证。

我国现阶段电子产品的市场特点，电子数字化发展很快，数字频率计已经应用于高科技等产品上面，可以不夸张的说没有不包含有频率计的电子产品。

我国的CD、VCD、DVD和数字音响广播等新技术已经大量进入市场，而在今天这些行业中都必须用到频率计。

到今天频率计已开始并正向智能、精细的方向发展。

　　数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。

现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽。

在人们的生活中频率计也发挥着越来越重要的作用，比如用数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。

　　除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量是频率较低，误差较大。

频率仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时的跟踪捕捉到被测信号的频率变化。

正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的引用范围。

　　二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

　　研究的基本内容：

　　数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较多,连线比较复杂,而且会产生较大的延时,造成测量误差、可靠性差。

随着可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用,以EDA工具为开发平台,利用VHDL工业标准硬件描述语言,采用自顶向下（ToptoDown）和基于库（Library-based）的设计,设计者不但可以不必了解硬件结构设计,而且将使系统大大简化,提高整体的性能和可靠性。

　　数字频率计的原理框图如图1所示。

主要由5个模块组成,分别是:

脉冲发生器电路、测频控制信号发生器电路、计数模块电路、锁存器、译码驱动电路。

　　图1数字频率计的原理框图

　　数字式频率计的测量原理有两类：

一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。

直接测频法适用于高频信号的频率测量，通常采用计数器、数据锁存器及控制电路实现，并通过改变计数器阀门的时间长短在达到不同的测量精度；间接测频法适用于低频信号的频率测量，本设计中使用的就是直接测频法，即用计数器在计算1s内输入信号周期的个数。

　　根据频率的定义和频率测量的基本原理,通过VHDL语言编程设计一款8位能以十六进制方式显示的频率计，再添加一块模板，把频率计改为8位十进制方式显示的频率计，此电路的计数器必须是8个4位的十进制计数器，并用EDA软件仿真。

　　可能遇到的问题：

（一）在接受信号脉冲时，有效脉冲不能使电路处于初始化；

（二）在低频率时候，脉冲会有衰减，使得测量不能正常记录；

　　（三）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，测试时很不方便；

　　（四）单片机程序和FPGA语言程序无法完美结合。

　　解决方法：

（一）检查电路，并且及时调整输入时钟；

（二）可以采用直接测量频率的方法；

　　（三）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1/1000000。

　　（四）通过继续学习FPGA语言，使之能够与其他的程序达到完美结合。

　　三、研究步骤、方法及措施：

（一）研究方法:

　　根据频率定义，测量1s内被测信号经过的周期数即为该信号的频率。

因此，本设计应主要解决三个问题：

产生一个标准的时钟信号作为闸门信号；在闸门信号有效时间范围内对输入的信号进行计数；对所得的数据进行处理，并将其显示。

　　运用自顶向下的设计思想,编程时分别对控制、计数、锁存、译码等电路模块进行VHDL文本描述,使每个电路模块以及器件都以文本的形式出现,然后通过编译、波形分析、仿真、调试来完善每个器件的功能。

单个器件制作完成后,然后将它们生成库文件,并产生相应的符号,最后用语言将各个已生成库文件的器件的各个端口连接在一起,从而形成了系统主电路的软件结构。

在上述工作的基础上,再进行波形分析、仿真调试便完成整个软件设计。

　　图2传统测频原理图

　　图3系统的结构框图

　　上图3是通过EDA技术，利用VHDL语言，组成的一个系统结构框图，它包括四个模块：

计数模块，显示模块，基准时间产生模块，控制模块。

此四大模块按照相互间的信号连接关系组合起来，各模块间的流程由VHDL语言并发处理，需说明的是，由于FPGA只能实现数字电路，因此输入信号的整形电路需通过外加实现。

这样设计出一款8位既能用十六进制数计数，也能用十进制数计数的频率计，再在QuartusII软件平台上进行仿真。

　　通过FPGA技术设计的频率计，能够将大量的逻辑功能集成于一个单个器件中，根据不同的需要所提供的门数可以从几百门到上百万门，从根本上解决了单片机的先天性限制问题。

不但集成度远远超过了以往的数字频率计，而且在基准频率及精度等外部条件的允许下，根据不同场合的精度要求，对硬件描述语言进行一定的改动，使系统在精度提高的同时，用较少的器件来实现系统的功能，从而降低系统的整体造价。

（二）步骤、措施：

　　当系统正常工作时，脉冲发生器提供的1Hz的输入信号,经过测频控制信号发生器进行信号的变换，产生计数信号,被测信号通过信号整形电路产生同频率的矩形波，送入计数模块,计数模块对输入的矩形波进行计数，将计数结果送入锁存器中，保证系统可以稳定显示数据，显示译码驱动电路将二进制表示的计数结果转换成相应的能够在七段数码显示管上可以显示的十进制结果。

在数码显示管上可以看到计数结果。

篇二：

数字频率计开题报告

　　武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告

　　毕业论文（设计）题目数字频率计系统设计系：

电子信息科学系学号：

XX05060姓名：

　　一、论文选题的目的和意义

　　数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成，计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得尤为重要。

测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动等优点，是频率测量的重要手段之一。

　　为了实现智能化的技术，测频实现宽领域，高精度的频率计，一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计中去。

单片机数字频率计以其可靠性高，体积小，价格低，功能全等优点，广泛的应用于各种智能仪器中，这些智能仪器校核以及测量过程的控制中，达到了自动化传统仪器中的开关和按钮被键盘所代替，测试人员在测量时只需按需要按的键，省掉了很多繁琐的人工操作，而采用lcd液晶显示器能够清楚明了的显示出测得的实验数据。

　　二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

　　研究现状：

随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。

对于抵挡产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性能搞，低价格。

而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，搞稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。

这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。

　　由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不

　　断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。

在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。

为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。

微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。

虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的计数器性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似于频率分析仪的频幕显示，对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器。

我们应该视测试需要正确的选择，以达到最经济和最佳的应用效果。

　　发展趋势：

数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。

现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽。

在人们的生活中频率计也发挥着越来越重要的作用，比如用数

字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。

　　除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量是频率较低，误差较大。

频率仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时的跟踪捕捉到被测信号的频率变化。

正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的引用范围。

　　在传统生产制造企业中，频率计被广泛应用在产线的生产测试中。

频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出的频率变化，用于通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

　　在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。

　　在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以用来对电台的跳帧信号进行分析。

　　对于频率计的设计目前也有专用芯片可以实现，如利用MAXIM公司的ICM7240来设计频率计。

但由于这种芯片的计数频率比较低，远不能达到在一些场合需要测量很搞的频率要求，而测量精度也受到芯片本身的限制。

提出的用AT8C52单片机设计频率计的方法可以解决这些问题，实现精度较高、等精度和宽

　　范围频率计的设计。

　　三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线

　　本设计主攻方向为以电子测量中的测频法、测周法、测相差法为基本原理，以相关计数法测频为主要实现手段，以设计高频宽低误差的时间测量系统为目标。

　　目的在于设计出一个高频宽（0.1Hz~20MHz），低误差（误差精度为10?

6）的时间参数测量系统。

具体实现功能和技术指标如下：

（1）频率测量

　　a）测量范围信号：

方波、正弦波

　　幅度：

0.5～5V

　　频率：

0.1Hz～10MHz

　　b）测试误差≤0.01%（最大闸门时间≤10s）

（2）周期测量（技术指标及要求同频率测量）

　　（3）周期脉冲信号占空比测量

　　a）测量范围频率：

1Hz～15kHz

　　幅度：

0.5～5V

　　占空比变化范围：

10%～90%

　　b）测试误差≤1％

　　（4）小信号放大和整形电路

　　其中，频率测量、周期测量应实现电路实模型及相应软件的设计和调试，对于周期脉冲信号占空比测量应完成仿真电路设计。

　　四、毕业论文（设计）的进度安排

　　第一阶段（2月21号~3月11号）：

阅读指定的电子测量的教材，详细了解时间参数测量的原理和误差来源，对论文中所涉及的各种测量方案以及测量的实现难点着重研读，打下理论基础。

查找相关资料，基本形成总体设计的框架。

　　第二阶段（3月12号~3月22号）：

选择测量方案，设计出基于电子计数器实现的频率测量系统，了解电子计数器的特性和设计中应注意的事项。

　　第三阶段（3月23号~4月15号）：

熟悉和掌握微处理器彷真平台的应用环境，搭建设计电路，编写测试软件完成对电路的功能与指标的测试和优化。

　　第四阶段：

（4月16号~4月26号）在优化系统设计的同时撰写毕业设计论文。

　　第五阶段：

（4月27号~5月18号）完成毕业设计论文的撰写，上交指导教师

　　和评阅教师，反馈意见后修改论文。

　　第六阶段：

（5月19号~5月25号）检查和修改论文以达到规范化的要求，准备答辩。

　　五、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献

　　[1].蒋焕文、孙续.电子测量（第二版）.中国计量出版社.1998.5；

　　[2].刘国林、殷贯西.电子测量.机械工业出版社.XX.1

　　[3].孙焕根.电子测量与智能仪器.浙江大学出版社.1992

　　[4].古天祥、王厚军等.电子测量原理.机械工业出版社.XX.9

　　[5].郭允、苏秉炜.脉冲参数与时域测量技术.中国计量出版社.1989.10；

　　[6].美D.霍布沙尔.电子仪器的电路设计.科学出版社.1986.9

　　[7].黄秉英.时间频率的精确测量（第一版）.中国计量出版社.1986.11

　　[8].美KevinSkahill.可编程逻辑系统的VHDL设计技术.东南大学出版社.1998.9

　　[9].高书莉、罗朝霞.可编程逻辑设计技术及应用.人民邮电出版社.XX.9

　　[10].程云长、王莉莉.可编程逻辑器件与VHDL语言.科学出版社.XX.9

　　[11].陆玉新、傅崇伦.电子测量.国防工业出版社.1985.12

　　[12].刘克刚.复杂电子系统设计与实践.电子工业出版社，XX.6

　　指导教师签名：

年月日

篇三：

数字频率计开题报告

　　本科学生毕业设计（论文）

　　开题报告

　　系（分院）：

**************

　　课题名称：

数字频率计的设计

　　专业：

电子信息工程

　　班级：

电信*******

　　学生姓名：

************

　　指导教师：

李宇春

　　日期：

XX年12月23日

　　一、毕业设计（论文）选题的目的和意义：

　　1：

毕业设计（论文）题目名称；数字频率计的设计

　　2：

毕业设计（论文）有关的研究方向的历史、现状和发展情况分析

　　数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，是电子系统的心脏，是决定电子系统性能的关键设备，随着现代通信、卫星、雷达和电子对抗等系统的发展对数字频率计提出了越来越高的要求。

　　数字频率计的主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式三种。

　　直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。

　　锁相式的优点是相位同步自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。

　　直接数字式的优点电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。

　　随着单片锁相式数字频率计的发展，锁相式和数字式容易实现系列化、小型化、模块化和工程化，性能也越来越好，已逐步成为两种最为典型，用处最为广泛的数字频率计。

　　数字频率计可用纯硬件实现法（可选的器件有通用的SSI/MSI/LSI集成电路、专用集成电路、可编程逻辑器件等）；也可用纯软件实现法（可选的平台有PC机、单片机、DSP器件等）；一般考虑用软硬件相结合的实现法，但是实现的频率精度可能没有纯硬件实现的精确高，所以考虑用纯硬件来实现。

　　3：

前人在本选题研究领域中的工作成果简述

　　基于VHDL语言设计数字频率计：

数字频率计是数字电路中的一个典型应用，随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。

将使整个系统大大简化。

提高整体的性能和可靠性。

用VHDL在CPLD器件上实现一种8b数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，不仅能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。

具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。

　　基于高速串行BCD码除法的数字频率计：

采用VDHL编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。

在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。

该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。

　　4：

本毕业设计（论文）研究的主要内容和重点

　　数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，

　　并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

在现代通信设备测量系统中，不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号，而且能方便的改变频率。

石英晶体振荡起虽有很高的频率准确度和稳定度，但其频率只能在很窄的范围内进行微调。

采用多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶体多谐振荡器。

　　本课题采用数字电路来制作一个1HZ—1MHZ的数字频率计，并将所需得到的频率通过数码管显示出来。

数字频率计主要由四部分组成：

时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。

　　放大整型电路：

对被测信号进行预处理。

　　闸门电路：

由556构成一个秒信号，攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数。

时基信号：

产生一个秒信号。

　　计数器译吗码电路：

计数译码集成在一块芯片上，计单位时间内脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码。

　　显示：

把BCD码译码在数码管显示出来。

　　在本课题重点是产生一个秒信号。

　　二、研究方案

　　1：

技术方案（技术路线，技术措施）

　　本课题是数字频率计，主要由放大整形电路，时基电路，逻辑控制电路，计数器/译码显示电路组成。

实现对被测信号的频率测量。

　　由于测量信号的幅度范围是0.2-5V。

而计数器的输入信号的条件是TTL电平，所以在输入计数器之前必须对输入信号进行幅度调整，待测信号fs经过隔直电容C1后进入下一级放大电路，在经过放大三极管Q1后使输入信号达到CMOS电路可以检测出高电平的幅度。

　　考虑到可以有测量误差范围。

即Δ?

x/?

x≤±2×10-3从最大的频率1000000HZ可知它

　　的误差可以是1000000×2×10-3=2×103=XXHZ。

从降低显示电路的复杂性和成本考虑。

我们可以采用6位的显示办法。

　　在整个设计过程中，围绕所选的这个设计项目，从开始定项目起，努力查找资料：

　　检索模电、数电及单片机教材和其它一些相关文献，网上搜索芯片功能，写设计任务书，从市场营销、视觉传达等角度拟定设计方案，到最终提出改善方案并完成最后的项目设计。

　　2：

实施方案所需的条件（技术条件，试验条件）

　　技术条件：

完成本课题所需的技术条件，怎样产生一个秒信号、计数器开计时和停止计时信号和显示控制信号。

　　试验条件：

示波器、音频信号发生器、逻辑笔、万用表、数字集成电路测试仪、直流稳压电源。

　　3：

完成本设计需要解决主要问题和技术关键

　　测量精度的绝对误差的实现Δ?

x/?

x≤±2×10-3

　　在1Hz～1MHz范围内及测试误差≤0.1%的条件下，进行小信号（测量电压　　被测信号频率比较大时测量难度比大。

　　4：

预期能达到的目标

（1）频率测量范围：

1Hz～10kHz，10kHz～100kHz，100kHz～1MHz

（2）频率准确度：

Δ?

x/?

x≤±2×10-2；

　　（3）被测信号幅度：

Vxm＝（0.2～5）V

　　四、工作进度及时间安排

　　学时分配：

　　1、开题论证阶段，（2周2月20日—3月5日）。

　　2、分析、研究、设计、实施阶段、论文的编写，（9周3月6日—5月7日）。

其中：

4月2日前完成需求分析，并提交需求分析报告；

　　5月7日前完成主要研究工作和撰写毕业论文初稿；

　　3、初审、打印、评阅阶段。

（3周5月8日—5月28日）。

　　其中：

5月8日—5月21日，指导教师进行论文电子文档审阅（至少审三稿）；

　　5月22日—5月28日，论文打印、装订，实习提交资料装袋；

　　6月3日—6月6日，指导教师审阅毕业设计（论文，提交资料）；

　　6月7日—6月9日，评阅教师评阅毕业设计（论文，提交资料）；

　　4、答辩、总结阶段（2周6月10日—6月18日）。

　　其中：

6月10日—6月11日，毕业答辩；

　　6月12日—6月18日，答辩小组评定成绩，写评语并上报系答辩委员会；6月19日—6月25日，系答辩委员会审核成绩和评语，毕业实习总结。

　　五、预期成果

　　实现在误差允许的范围内进行频率测量；实现在（0.2～5）V信号下进行频率测

　　量

　　参考文献

　　[1]安森美半导体.安森美特性模拟集成电路器件数据.网址：

http：

//

　　[2]吉雷.Protel99电子电路设计[M].电子科技大学出版社出版社，XX.10

　　[3]胡宴如.模拟电子技术[M].高等教育出版社，XX

　　[4]杨志忠.数字电子技术[M].高等教育出版社，XX

　　[5]张永瑞.电子测量技术基础[M].西安电子科技大学出版社，XX

　　[6]罗胜钦.数字集成系统芯片[M].北京希望电子出版社，XX

　　[7]芯片资料.网址：

http：

//.