基于FPGA的等精度频率计设计与实现

"等精度频率计" 等精度频率计是一种高精度的电子测量仪器，用于精确测量各种电信号的频率、脉宽、占空比和相位。这种频率计的独特之处在于它能够在整个测量频率范围内保持恒定的测量精度，克服了传统频率计精度随被测信号频率变化而降低的问题。 在设计等精度频率计时，主要涉及到以下几个关键技术点： 1. **QuartusⅡ和keil软件应用**：QuartusⅡ是Altera公司提供的FPGA（Field Programmable Gate Array）设计工具，用于编写和编译Verilog或VHDL代码，实现数字逻辑电路。keil是常用的微控制器开发环境，用于编写和调试C语言程序。在本设计中，QuartusⅡ用于FPGA部分的设计，keil则用于单片机控制程序的开发。 2. **单片机与FPGA协同工作**：单片机负责处理由FPGA计算出的计数结果，进行进一步的计算并显示在数码管上。FPGA则作为高速计数器，直接与输入信号交互，完成高频信号的实时计数。 3. **等精度测频原理**：关键在于预置门控信号CL的设定，通常在0.1到1秒之间，选择此范围的原因是确保测频精度不受CL的影响。两个高速计数器BZH和TF分别计数标准频率信号（Fs）和被测信号（Fx），通过比较两者的计数结果可以计算出被测信号的频率。 4. **FPGA模块设计**：FPGA内部包含PLL（Phase-Locked Loop）用于生成100MHz的标准频率信号，以便对输入的待测信号进行精确计数。由于待测信号可能带有直流偏置，FPGA需要能够处理这种非负电压的信号。 5. **测控时序分析**：START信号在等精度频率计中的作用至关重要，它启动计数过程并同步标准频率信号和被测信号的计数。通过精确控制START信号，可以确保在任意频率下都能获得准确的计数结果。 6. **功能扩展**：除了基本的频率测试功能外，设计还要求实现脉宽、占空比和相位测试。脉宽测试范围10μs到1s，精度0.1μs；占空比测试精度1%到99%；相位测试功能则需要通过比较两个信号的相位差来实现。 在实际设计过程中，可能还需要考虑硬件接口设计、错误处理机制、数据通信协议以及用户界面设计等方面，以确保系统的稳定性和易用性。通过这样的设计和实现，学生可以加深对单片机、FPGA以及数字信号处理的理解，提高系统设计和调试的能力。