河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）院系：电子信息工程学院2013年03月29日课题名称基于FPGA的频率计设计学生姓名张亮亮专业班级自动化094课题类型硬件设计指导教师张海涛职称副教授课题来源科研1.设计（或研究）的依据与意义频率测量是电子测量电路中最基本的测量电路之一。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。但不管用何种测评方法，±1个计数误差始终是限制测量精度的一个重要因素。为了解决±1个计数误差问题，本毕业设计选择基于FPGA的等精度频率测量法。等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。等精度测频计数的闸门时间不是固定的值，而是被测信号的整周期倍，即与被测信号同步，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，消除了对被测信号计数产生的±1个计数误差，但是会产生对标准信号的±1的误差。因此，只要提高标准信号的源频率，就可以大大提高测量精度，而且达到了在整个测量频段的等精度测量。其测频原理如图所示：预置闸门被测信号fx实际闸门标准信号fcT1T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。框图如下：测量原理框图如下：标准信号fc预置闸门测量信号fx实际闸门计数器1计数器2运算显示DCPQ等精度测量原理框图若计数器1对标准信号计数为，计数器2对测量信号计数为，则被测信号频率为：通过上式计算由显示电路显示所测信号频率，可以广泛用于频率测量。因此，使用成熟的FPGA技术来实现等精度测频可以实现精确的测量，有重要的科研价值。2.国内外同类设计（或同类研究）的概况综述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FPGA相关芯片实现，易于设计，具有很大的优势。采用等精度频率测量法，测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化。在快速测量的要求下，要保证较高精度的测频，必须采用较高的标准频率信号。此频率计也可用传统的中规模集成电路来实现，但由于设计比较复杂，这样势必会使PCB板的面积过于庞大，因此不宜采用此种设计方法。其实本设计也可以用单片机来实现，灵活性则大大提高，但是单片机的处理速度不够快，并且能够处理的频率也不够高，因此本设计也不采用此种方法。FPGA具有集成度高，一片FPGA等效于几十到几百万枚门电路，并且高频特性特别好，又由于其可编程，设计起来比较方便，因此本设计采用FPGA来实现等精度数字频率计。高集成度、高速的现场可编程门阵列FPGA为实现高速、高精度的测频提供了保证。参考文献[1]许光辉.基于FPGA的嵌入式开发与应用[M].北京：电子工业出版社,2006:1-200[2]HYPERLINK"http://www.china-pub.com/search/power_search/power_search.asp?key1=%D5%C5%EE%A3+%D5%D4%D1%DE%BB%AA+%C1%F5%D6%BE%B8%D5"\