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基于FPGA的频率计的设计

作　者: 范亚斌
导　师: 王彦朋
学　校: 河北科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数字频率计频率测量 EDA FPGA VHDL语言配置器件
分类号: TM935.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 286次
引　用: 1次
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内容摘要

EDA技术的发展,改变了传统的电子设计方法。FPGA等大规模可编程逻辑器件的广泛应用,使电子设计变得和软件编程一样方便快捷。电子设计技术的进步,也改变了传统频率计的设计方法。常用的频率测量方法既有模拟的利用电路频率特性测量频率的方法,又有利用脉冲计数测量频率的数字方法。随着数字电路技术的发展,以脉冲计数法为基础衍生出各种改进型的数字测频方法,在测量精度、测量响应的快速性等方面都有了很大提高。本文分析了直接测频法和周期测频法的测量原理,说明了这两种测频方法产生±1个计数误差的原因。多周期同步测频法由于实现了测频的闸门信号与被测脉冲信号的同步,消除了被测信号的±1个计数误差。文中对多周期同步测频原理进行了深入分析,并通过计算这三种测频方法的测量误差,说明了这三种测频方法的优缺点和适用的测频场合。由于多周期同步测频法的测量精度和被测信号的频率无关,是一种等精度测量方法,适用于宽范围的频率测量,所以本文采用多周期同步测频法来进行频率计的设计,给出了设计总体方案。在具体的设计实现上,频率计的核心测频模块采用了基于FPGA大规模可编程逻辑器件的EDA设计技术,依据自上而下的设计方法,将测频模块按照实现功能的不同划分成了多个子模块,用VHDL程序实现了每个子模块的功能,最后通过顶层设计文件中的元件例化语句将各个模块连接起来形成了测频模块的完整VHDL程序设计。VHDL程序通过综合、适配后形成配置文件,下载到FPGA器件中对FPGA进行配置,使FPGA成为实用的测频模块。最后,本文还对频率计的附件模块进行了硬件设计,使频率计成为一个完整的频率测量系统。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-14
  1.1 课题的研究背景  11
  1.2 频率计发展现状  11-12
  1.3 课题的研究内容  12
  1.4 论文的组织结构  12-14
第2章频率测量技术的研究  14-21
  2.1 常用的频率测量方法  14-15
    2.1.1 直读法测频  14-15
    2.1.2 比较法测频  15
    2.1.3 脉冲计数法测频  15
  2.2 脉冲计数法的测量原理  15-16
  2.3 基于脉冲计数的直接测频法  16-17
    2.3.1 直接测频法原理  16
    2.3.2 直接测频法误差及测频范围分析  16-17
  2.4 基于脉冲计数的周期测频法  17-18
    2.4.1 周期测频法原理  17-18
    2.4.2 周期测频法误差及测频范围分析  18
  2.5 多周期同步测频法  18-20
    2.5.1 多周期同步测频法测量原理  18-20
    2.5.2 多周期同步测频法误差分析  20
    2.5.3 常用的几种测频方法总结  20
  2.6 本章小结  20-21
第3章 FPGA 可编程逻辑器件及其应用  21-35
  3.1 可编程逻辑器件概述  21-22
  3.2 FPGA 的结构与工作原理  22-26
    3.2.1 查找表的原理与结构  22-24
    3.2.2 基于查找表（LUT）的FPGA 的结构  24-26
    3.2.3 FPGA 的数字逻辑实现原理  26
  3.3 EDA 技术与 HDL  26-34
    3.3.1 EDA 技术的发展历程  26-27
    3.3.2 硬件描述语言（HDL）  27-28
    3.3.3 EDA 设计方法  28-29
    3.3.4 基于EDA 工具的FPGA 设计流程  29-31
    3.3.5 VHDL 程序结构  31-34
      3.3.5.1 实体  32
      3.3.5.2 结构体  32-33
      3.3.5.3 库、程序包和配置  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章基于FPGA 频率计的设计方案  35-37
  4.1 频率计的总体设计方案  35
  4.2 频率计各功能模块的设计原理  35-36
    4.2.1 频率测量及显示控制模块  35-36
    4.2.2 基准频率信号模块  36
    4.2.3 信号整形模块  36
    4.2.4 显示模块  36
    4.2.5 电源模块  36
  4.3 本章小结  36-37
第5章频率计各功能模块的设计实现  37-61
  5.1 频率测量及显示控制模块的设计  37-54
  5.2 基准频率信号产生模块的设计  54-56
  5.3 信号整形模块的设计  56-58
  5.4 电源模块的设计  58-59
  5.5 显示模块的设计  59-60
  5.6 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间所发表的论文  64-65
致谢  65-66
个人简历  66

基于FPGA的频率计的设计

内容摘要

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