文档介绍：电子技术课程设计
——低频数字频率计的VHDL设计
蔡忠法
浙江大学电工电子基础中心
设计任务
1. ~;
2. 测量误差小于等于1%;
3. 响应时间不大于12秒;
4. 具有超量程显示功能;
5. 频率计分成三个频段进行设计。
一、设计内容:用PLD器件EPM7128SLC84-15设计一个低频数字频率计。
二、性能与技术指标
为了保证信号频率的测量精度,要求把频率测量范围分成三个频段,其最大显示数分别为: Hz、999. kHz。为此,需要控制频率显示的小数点位置,及频率显示单位Hz或kHz,具体要求如表所示。当信号频率超过规定频段的上限频率时,希望具有超量程指示。
序号
频率范围
显示
1
~
2
100Hz~999Hz
3
~
总体方案讨论
数字频率计的原理框图
测量电路
显示电路
共阴
数码管
1 Hz、8 Hz
1 kHz时钟
溢出指示LED
fx
被测信号
控制电路
整形
待设计电路
通常取T=1s,则fx=N1。
1. 测频法(M法)
一、测频原理
频率是单位时间内信号周期的变化次数。如果用一个标准的定时时间TG控制一个闸门电路,在时间TG内闸门打开,让被测信号通过,记下被测信号的变化周期(用计数器)数,该数与计数时间TG的比值就是被测信号的频率,则:
显然,计数器的最大误差是相差1个脉冲,因此M法的最大相对误差为
因此,M法的相对误差与被测信号频率成反比(若频率越高,则N越大)。M法适合于高频信号的测量。
与门
计数器
控制电路
清零信号
闸门信号
锁存器
锁存信号
M法的原理框图如下:
图中锁存器的作用是为了防止在闸门高电平期间,频率计的显示随着计数值的增加不断变化造成闪烁,使人眼难以分辨。当计数器停止计数后(闸门信号由高变低后),才将计数值锁存并送给译码显示电路。为了防止显示闪烁,锁存信号的周期必须大于人的视觉滞留时间()。
2. 测周法(T法)
首先把被测信号通过二分频,获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期T的方波信号;然后用一个已知频率fOSC的高频方波信号作为计数脉冲,在一个信号周期T的时间内对信号进行计数,若在T时间内的计数值为N2,则
计数器的最大误差是相差1个脉冲,因此T法的最大相对误差为
当fx频率越高,T越小,N越小。所以T法的相对误差与被测信号频率成正比。 T法适合于低频信号的测量。
T法的原理框图如下:
与门
计数器
控制电路
清零信号
高频信号fOSC
锁存器
锁存信号
2分频