开题报告-数字频率计的设计.doc

科学技术学院毕业设计（论文）开题报告题 目： 数字频率计的设计 学 科 部： 信息学科部 专 业： 通信工程 班 级： 通信11班 学 号： 姓 名： 指导教师： 填表日期： 2014 年 12 月 20 日1、 选题的依据及意义：（一）选题依据 本课题主要研究如何用单片机来设计数字频率计。因为在电子技术中，频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时，都趋向于用竟可能少的硬件来实现，并且尽力把以前由硬件实现的功能部分，通过软件来解决。因为软件实现比硬件实现具有易修改的特点，如简单的修改几行源代码就比在印制电路板上改变几条连线要容易的多，故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的灵活性。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。多种仪表仪器与家庭电器等许多电子产品中的数据信息输出显示器反映到人们眼帘。集成数字频率计由于所用元件少，投资少，体积小，功耗低，且可靠性高，功能强，易于设计和研发，使得它具有技术上的实用性和应用的广泛性。不论从我们用的彩色电视机，电冰箱，DVD，还有我们现在家庭常用到的数字电压表数字万用表等等都包含有频率计。（二）选题意义 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域必不可少的测量仪器，因而频率的测量就显得更为重要。在数字电路中，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。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。现在频率计发展的方向，它不仅可以很方便的读数，而且还可以使频率的测量范围和测量准确度上都比模拟先进。而且频率计的使用已是很多的方面，数字卫星，数字通讯等高科技的领域都有应用，今天数字频率计的发展已经不仅仅是一个小电子产品的发展也是整个民族乃至整个国家的发展，所以频率计的发展是一个整体的趋势。本课题采用的是直接测频式的频率计，设计原理简单、电路稳定、测量精度高，大大的缩短了生产周期。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、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：（一）国内外研究现状随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快，容量大、体积小、重量轻的方向发展，推动该潮流迅猛发展的引擎就是日趋进步和完善的设计技术1。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，量程宽，可靠性能高，低价格。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，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。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。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号，如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计的应用前景非常广泛。目前数字频率计的设计可以直接面向用户需求，根据系统的行为和功能要求，设计过程除了系统行为和功能描述以外，其余所有的设计过程几乎都可以用计算机来自动完成，也就是说做到电子设计自动化2。这样做可以大大地缩短系统的设计周期，以适应当今品种多，批量小的电子市场的需求，提高产品的竞争能力3-4。电子设计自动化的关键技术之一是要求用形式化方法来描述数字系统的硬件电路，即要用所谓硬件描述语言来描述硬件电路。 （二）发展趋势我国的频率计其实不是落后发达国家太多，我国在这个领域的发展是极其迅速的，现在的技术实际已是多年来的见证5。我国现在阶段电子产品的市场特点，电子数字化发展很快。在我国和发达国家的发展情况是趋于一致的,数字频率计已经应用于高科技产品上面,可以不无夸张的说没有不包含有频率计的电子产品6。我国所谓CD、VCD、DVD和数字音响广播等新技术已开始大量进入市场，而在今天这些行业中都必须用到频率计7。到今天频率计已开始并在向智能，精细方向学的发展。国外的发展比我国要早，所以这些行业中还领先我们8-9。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。 三、本课题研究内容 利用电源、单片机、分频电路及数码管等模块，设计一个简易的频率计能够粗略的测量出被测信号的频率。参数要求如下： 1、频率测量范围：1HZ2MHZ。 2、频率准确度：小于0.1%。 3、被测信号的波形：正弦波，方波，三角波等周期信号。 4、被测信号幅度：Vxm=(0.25)V。 5、显示：用数码管显示，小数点自动定位，并能指示频率单位HZ，KHZ，MHZ。四、本课题研究方案 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。数字频率计框图如下所示：显示闸门整形译码计数 被测信号fs门控信号时基信号五、研究目标、主要特色及工作进度：（1） 目标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。 （二）工作特色 （1）运用了单片机技术； （2）运用了C语言、电路等知识； （3）采用电脑等工具；（4）采用显示模块、分频模块、单片机模块等；（5）简单易理解，十分实用。（三）拟解决的关键问题 1、直接数字频率计合成器（DDS）的基本结构。 2、完成放大整形电路的设计，使其能够对信号进行信号调理。（四）工作进度：序号各阶段工作内容起讫日期1收集相关资料，拟定大纲、撰写开题报告2013年11月中旬至2013年12月初2撰写初稿，翻译相关外文资料2013年12月30号至2014年1月12日3修改初稿，编写程序2013年12月30日至2014年1月12日4继续完善毕业设计2014年2月17至5月18日5定稿、调试2014年5月12至5月18日6按格式打印上交的论文材料2014年5月19至5月25日7准备答辩2014年5月26至5月29日8毕业论文答辩2014年5月30至5月31日六、参考文献：1 王行,熊寿奎,李衍.EDA技术入门与提高M.西安:西安电子科技大学出版社,2009,4.2 潘松.VHDL实用教程M.成都:电子科技大学出版社,2000.3 辛春艳.VHDL硬件描述语言M.北京:国防大学出版社,2002.4 徐志军.大规模可编程逻辑器件及其应用M.成都:电子科技大学出版社,2000.5 曾仁贤,李少义.基于VHDL的简易数字频率计的设计与实现J.科技场,2007,(8):230-231.6 熊亚梅.基于VHDL的简易数字频率计的设计J.长江大学学报(自然科学版)理工卷,2008,(1):30-31.7 谢煜,黄为.基于VHDL的简易数字频率计的设计J.现代电子技术,2003,(14):78