采用等精度测频原理的频率计的设计.doc

1、采用等精度测频原理的频率计的设计一设计要求1。设计一个用等精度测频原理的频率计。2.频率测量测量范围19999；3.用4位带小数点数码管显示其频率；二测频原理及误差分析1.常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。2。测频法就是在确定的闸门时间Tw内，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx,则被测信号的频率为：fx=Nx/Tw.3。测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：fx=fs/Ns。4.这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns有关。为了保证测试精度，一般对于低频信

2、号采用测周期法；对于高频信号采用测频法,因此测试时很不方便,所以人门提出等精度测频方法。5.等精度测频方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。6。它的闸门时间不是固定的值,而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，测除了对被测信号计数所产生±1个字误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量。 等精度测频原理波形图7。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。8。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

3、沿到来时才结束计数,完成一次测量过程.可以看出，实际闸门时间与预置闸门时间1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期 9.设在一次实际闸门时间中计数器对被测信号的计数值为Nx,对标准信号的计数值为Ns。10.标准信号的频率为fs，则被测信号的频率为11。由式（1）可知,若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为12.=（fxcfx/fxe）×100% （2)13.其中fxe为被测信号频率的准确值。14。=Ns|/Ns1/Ns=1/（·fs)n 由上式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，即实现了整个测试频段的等

4、精度测量。n 闸门时间越长,标准频率越高，测频的相对误差就越小。n 标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度。 等精度测频的实现方法可简化为下图所示的框图 三设计步骤n CNT1和CNT2是两个可控计数器，标准频率(fs）信号从CNT1的时钟输入端CLK输入；经整形后的被测信号（fx）从CNT2的时钟输入端CLK输入。n 每个计数器中的CEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。n 当预置门信号为高电平（预置时间开始)时,被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时启动两个计数器计数；同样，当预置门信号为低电平(

5、预置时间结束)时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时关闭计数器的计数.系统组成n 系统由分频器、计数器1、计数器2、D触发器等组成。n 分频器出来的信号作为等精度测频原理的预置闸门信号。n 其中D触发器，计数器2和计数器1的作用与前2页图中所示相同。n 运算模块就是完成公式（1)的运算.n 复位主要对分频、计数器1和计数器2进行清零操作.采用等精度测频原理的频率计的程序与仿真文件名:PLJ。vhd。功能：4位显示的等精度频率计.最后修改日期:2004.4。14.library ieee；use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_uns

6、igned.all；use ieee.std_logic_arith。all;entity PLJ is port(clk：in std_logic; -基准时钟（10KHz) tclk:in std_logic; 被测信号 start:in std_logic; 复位信号 alarm0,alarm1:out std_logic； -超量程，欠量程显示 dian:out std_logic_vector(3 downto 0）; -小数点 data1：out integer range 0 to 9999); -频率数据end PLJ; architecture behav of PLJ is

7、 signal q：integer range 0 to 9999; 预置闸门分频系数signal q1：integer range 0 to 10000; 被测信号计数器signal q2：integer range 0 to 20000； -基准信号计数器signal en，en1：std_logic； -预置闸门，实际闸门signal qq,qqq：integer range 0 to 200000000； -运算器 signal data0:integer range 0 to 9999; -频率数据中间信号beginprocess（clk） 此进程得到一个预置闸门信号begin if

8、 clkevent and clk='1 then if start=1' then q<=0；en='0'； elsif q=9999 then q=9999;en='0; else q<=q+1;en<=1'； end if; end if;end process;process（tclk） -此进程计被测信号脉冲数,和得到一个实际闸门信号begin if tclkevent and tclk='1' then if start=1' then q1=0；en1='0; elsif en=1&

9、#39; then q1<=q1+1；en1=1； else en1<='0' end if； end if；end process；process（clk） -此进程完成在实际闸门时间内,计基准脉冲数 begin if clkevent and clk=1 then if start='1' then q2=0； elsif en1=1' then if q2=20000 then q2<=20000; else q2<=q2+1; end if; end if; end if；end process; process(clk）

10、 -此进程完成等精度频率计的运算begin if clk'event and clk='1 then if start=1 then data0<=0；dian<="0000”;alarm0='0'alarm1<='0;qqq=0；qq<=00； elsif en1=0' then if q1>=1000 then qq=q1*10000; -根据q1的大小来判断小数点的位置 if qqq<qq then qqq<=qqq+q2;data0=data0+1；dian<=”0000"

11、; 完成数据运算 elsif data0=10000 then alarm0='1; 超量程显示 else data1<=data0; end if； elsif q1>=100 then qq<=q1100000； if qqq<qq then qqq=qqq+q2;data0=data0+1; elsif data0>=10000 then data1<=1000;dian<="0000”; else data1<=data0;dian=”0010"； end if； elsif q1=10 then qq<

12、=q11000000； if qqqqq then qqq<=qqq+q2；data0<=data0+1； elsif data0=10000 then data1=1000；dian<="0010”; else data1<=data0；dian=”0100" end if; elsif q1>=1 then qq<=q1*10000000; if qqqqq then qqq=qqq+q2；data0<=data0+1； elsif data0>=10000 then data1=1000;dian="0100”; else data1=data0；dian=”1000”; end if； end if； elsif q2>19999 then alarm1='1' 欠量程显示 else alarm1<='0' end if; end if；end process；end behav;附录等精度频率计仿