文档介绍：设计一台基于PC机的简易数字频率计软、硬件,信号为:矩形波、正弦波、三角波,信号峰幅范围:1mV-10V,精度:,频率范围:愈宽愈好!
目录
第一章总体方案设计 3
背景与概述 3
频率计主要指标 3
测量方法设计 3
第二章硬件部分信号调理设计 7
信号调理流程设计 7
信号调理部分各个模块设计 7
第三章软件部分频率测量设计 11
分频模块设计 11
计数模块设计 12
控制模块设计 13
频率测量软件整体设计 14
FPGA控制LCD显示 16
第四章串口传输及上位机软件设计 17
串口传输设计 17
上位机软件设计 18
第五章设计总结 21
设计总结 21
附录1:部分模块Verilog代码 22
附录2:上位机软件主要C#代码 29
第一章总体方案设计
背景与概述
数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字,显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号,方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中,由于其使用十进制数显示,测量迅速,精度高,显示直观,所以经常要用到数字频率计。
在传统的电子测量仪器中,示波器在进行频率测量时测量精度较低,误差较大。频谱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,无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。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应用范围。在传统的生产制造企业中,频率计被广泛的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频率的变化,用户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。在无线通讯测试中,频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准,还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
频率计主要指标
频率计可以测量的信号包括矩形波、正弦波、三角波,信号峰幅范围为1mV-10V,,可测量频率为1Hz-10MHz。
测量方法设计
频率测量主要使用FPGA来实现。输入原始信号首先当输出方波信号后,利用FPGA来测量频率。
在测量时主要考虑到两种情况。一种是所测量的频率较高时,采用计数测频法,测量时对原始信号进行分频,而计数周期也要根据信号的大致范围来选择,信号频率越高,计数周期也越短。这样做主要是防止计数值超过计数器的最大计数值而导致测量错误。而当原始信号频率较低时,需要采用计时测周法,此时也要进行适当的分频,并根据所测信号频率的大致范围选择合适的高频时钟。
具体分析如下:首先应选择较高的分频系数以及较短的计数周期来测量频率
的大致范围,在根据范围选择合适的分频系数及计数周期。先对所测信号进行1/64分频,计数周期选为1/64秒,然后根据计数值对应如表1-1所示关系选择合适的分频系数及计数周期。
表1-1 第一次尝试测量后状态选择
计数值
对应的频率范围
状态
分频系数选择
计数周期选择
8192以上

0
1/64
1/16秒
1024-8191
-
1
1/16
1/8秒
128-1023
131KHz-
2
1/4
1/4秒
64-127
16KHz-131KHz
3
1/2
1秒
64以下
16KHz以下
-
测出范围改用计时测周法测量
当测出频率在16KHz以下时,进行第二次尝试,选1/2的分频系数和1秒的计数周期,根据所测出的频率范围对照表1-2,选择合适的分频系数和高频时钟周期,再用计时测周法进行测量。
表1-2第二次尝试测量后状态选择
计数值
对应的频率范围
状态
分频系数选择
高频时钟周期
1024-8192
2048Hz-16KHz
4
1/128
2M
128-1024
128Hz-1024Hz
5
1/32
2M
16-128
16Hz-128Hz
6
1/2
2M
16以下
16Hz以下
7
1/2
200K
通过上述方法,就可以将信号的频率精确地测量出来。流程图如图1-1。
为分析测量的精度,将测量中各种情况的测量方法总结如表1-3。从表中可分析看出,在进行精确计算时,计数器的计数值最小为6250,%以内,。
图1-1 频率测