基于Basys3的等精度频率计

长安大学开源软硬件部落作品 | 仪器设计

yaris079   项目发起人  07-05

数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用与航天、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。本设计利用等精度测量原理,通过FPGA运用Verilog编程,利用FPGA芯片设计了一个LCD显示的等精度频率计。该频率计的测量范围为1-1MHz,利用Vivado集成开发环境进行综合、实现,使用ModelSim仿真软件对Verilog程序做了波形仿真,并下载到Basys3开发板中,经实际电路测试,仿真和实验结果表明,该频率计有较高的实用性和可靠性。

项目详情

项目创意灵感
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。数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用与航天、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。
设计特色创新
本设计使用了LCD1602进行了频率值得显示,无需冗杂的数码管即可显示多位数据,同时提供了直接测频法和等精度测频法两种方法的源代码,便于学习使用。
系统原理功能
等精度测频法有两个计数器分别对基准频率信号和被测信号进行计数。预置闸门信号作为D触发器的的D端输入,被测信号作为D触发器的是时钟端输入,而D触发器的输出端则作为两个计数器的使能端则作为计数器的使能端,最后对两个计数器的计数值进行运算得到被测频率值。由D触发器的性质可知,当预置闸门引号上升沿来到时,计数器并未立即开始计数,而是当被测信号fx也到了上升沿,也就是实际闸门的上升沿,这个时候计数器才真正工作。而当预置闸门下降沿到来时,计数器也不会立即停止计数,而是等被测信号下一个上升沿来到,即实际闸门下降沿,才停止计数,这样就完成了一次测量过程。若令实际闸门时间为T,计数器A计数结果为Ns,计数器B计数结果为Nc,基准信号频率为f,则被测信号的频率值为f'x=(Nx/Nc)*fc。由于实际闸门时间T是由被测信号同步过的,因此在此期间计数器A测得的被测信号的周期数Nx是准确的,不存在±1误差。而计数器B测得的基准信号的周期数Nc则存在 ±1误差,该误差用ΔNc来表示,则对基准信号计数的真实值表示为Nc+ΔNc。由此可知,被测信号的频率真实值为fx=Nx/(Nc+∆Nc )*fc。若不计基准信号时钟的误差,则测量的相对误差为δ=(|fx-f'x |)/fx ×100%=∆Nc/Nc ≤1/(T*fc )。可以看出,在等精度测频法中,相对误差与被测信号本身的频率特性无关,即对整个测量域而言,测量精度相等,因而称为“等精度测量”。标准信号的技术值Nc越大则测量相对误差越小,即提高门限时间T和标准信号频率fc可以提高测量精度。在精度不变的情况下,提高标准信号频率可以缩短门限时间,提高测量速度。
完成情况概述
实现了直接测频和等精度测频两种方法进行测频,可以比较测频精度。通过AD2进行方波信号输入,在LCD1602显示屏上进行频率数值的显示。
项目采用平台:

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