基于fpga频率计设计(附件)【字数：8950】
摘 要FPGA的全拼是Field-Programmable Gate Array，意思为现场可编程门阵列，是一种基于CPLD，GLA，PAL基础上发展起来的编程方式，而且随着工艺的不断提高，芯片内部开始可以容纳上百万个晶体管，FPGA芯片的规模也随之越来越大，实现的功能越来越多，同时也实现了系统的集成。EDA的全拼是Electronics Design Automation，它的中文名为电子设计自动化，是一种技术，可以在FPGA芯片上构造自己需要的电路，EDA技术主要包括VerilogHDL代码和VHDL代码，仿真、综合，其中VerilogHDL代码和VHDL代码合称为硬件描述语言。频率计又称数字频率计，是一种基本的测量仪器，作用是测量正弦波，方波或其它周期性变化的信号，随着时代的发展，频率计的设计也在逐步发展，变得更加复杂，更加多样化，本文将使用Verilog HDL代码来实现频率计的设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2国内外研究现状及发展趋势 2
第二章应用技术的原理与介绍 3
2.1EDA技术 3
2.1.1EDA技术有什么特点 3
2.1.2EDA技术设计的优点 3
2.1.3硬件描述语言 3
2.2FPGA介绍 3
2.2.1FPGA的基本结构 4
2.2.2FPGA芯片的设计 4
2.3频率的测量方法与原理 4
2.3.1电桥法 5
2.3.2谐振测频法 5
2.3.3频率—电压转换测频法 6
2.3.4比较法测频 6
2.3.5脉冲计数法测频 6
第三章电路的总体设计 7
3.1硬件整体介绍 7
3.2芯片介绍 8
3.2电源模块 8
3.3信号整形模块 9
3.4锁存器模块 9
3.5门控模块 9
3.6计数器模块 9
3.7译码显示模块 9
3.8Quartus II软件 11
3.9Quartus II应用 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.10测试结果 12
3.11本章总结 13
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
绪论
1.1课题的研究背景
随着电子电路技术的发展，频率计的设计技术也随之水涨船高。最开始，频率计采用的是分立式元件的设计，不仅设计周期长，稳定性差，而且体积庞大，功耗很高，数字频率计的广泛使用得益于数字电子技术和集成电路的快速发展，数字频率计变得可以使用单片机和单元电路来实现。相比于传统的分立式频率计，数字频率计不仅提高了稳定性，还减小了体积。但是，数字频率计仍然存在着很多缺点，例如：电路复杂、设计周期长，而且测量范围极为有限，往往需要为测量不同频率的信号而专门设计不同的电路，灵活性很差。随着数字电路应用的发展，我们原来的数字集成电路芯片已经跟不上时代的发展，满足不了系统的要求，而且电路系统越来越复杂，集成电路越来越多，体积越来越大，从而导致可靠性急剧降低。
20世纪末，在微电子技术和计算机技术不断发展的促进下，FPGA系列器件迅速发展，作为新型的可编程逻辑器件，它把传统的通用集成电路通过编程技术集成在体积很小的硅片上，很大的缩小了体积，而且因为线路短，减少了外界的干扰，从而提到了系统的整体稳定性。FPGA芯片可以利用软件编程来改变自身的结构和工作方式，让FPGA的设计变得更加方便快捷，灵活度更高，而且随着计算机辅助技术的提高，EDA便在现代电子系统设计领域中应运而生[1]。
EDA是在计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE )的基础上发展起来的计算机辅助设计系统，EDA是以大型可编程逻辑器件为载体，以HDL代码为语言，计算机开发系统为工具，自动完成电子系统设计的一种新技术。由于VHDL代码和Verilog HDL代码的简单性，使得EDA技术发展迅速，从另一方面也促进了FPGA技术的发展。
FPGA是一种芯片，EDA是电子设计自动化的意思，是一种技术，两者谈区别似乎不太恰当，利用EDA技术可以在FPGA芯片上构造自己所需的硬件电路，EDA技术包括编写Verilog HDL代码或者VHDL代码，仿真、综合。
进行电子测量时，有很多重要的重要参数，频率就是其中不可或缺的参数之一，它的准确与否关乎着整个实验，所以，频率计的选择十分重要，目前社会中现在应用最广泛的就是高精度类型的频率计。数字频率计有着电路简单，可靠性高等多项优点，而且随着时代的发展，数字频率计的设计越来越数字化，越来越接近现实层面，所以虽然FPGA技术越来越成熟，应用越来越广泛，但使用FPGA来设计频率计仍然具有重要的研究价值。
1.2国内外研究现状及发展趋势
随着经济科技的发展，人们的生活质量发生了翻天覆地的变化，中国的综合国力稳步提升，国家的国际地位也在逐渐提高，人们在享受着国家富强带来的幸福的同时，也都心系着国家高新技术产业的发展，频率计作为高科技产业的一小部分，从侧面反映出我国电子产业的综合水平，是科技水平的集中体现。现如今我国已经逐渐摆脱了落后的帽子，改变着别人对我们的看法[2]。我国频率计技术发展迅速，虽然相比发达国家还有一点落后，但是也在这个领域一直紧紧跟随其他发达国家的脚步，我国现在的频率计技术正在逐渐成型，并且经过了多年的考验，数字频率计已被使用在很多科技前沿的产品上，使得高新产品更加智能，更加精细，更加数字化。
我们的远方公司自主研发的PF210/PA210A数字频率计，除了基本数字频率计自带的功能外，还具备备谐波分析功能、积分功能、变比功能、平均功能和通讯功能等，而且价格合适，性价比极高，可用于精度较高的企业质检、研发部门和第三方检测部门[3][4][5]。
发达国家在电子领域的地位还是排在靠前的位置，就比如美国泰科公司研发的FCA3000系列的频率计，测量频率竟然达到了20GHZ，比我们自己研发的频率计的测量范围大了不少，而且还可以实现各种不同的功能。
如今，数字化社会已经来临，频率测量变得越来越重要，可以说现在遍地都是包含频率计的产品[6]，很多领域都需要数字频率计来完成工作，所以，发展更高精度，更加可靠地数字频率计，是现在科技的一个重要问题，我们的科研人员也没有松懈，一直加紧研究，更新着频率计，而且在一些特殊的领域，特别需要频率计的精度测量，频率计的好坏也直接导致了他们工作的成败，可见频率电子技术在电子技术发展中有着举足轻重的地位[7]，目前在我们大学生的学习圈子里，频率计都是不可缺少的一部分，我身为通信工程的一名学生，波形，频率，周期这些名词都伴随着整个的学习过程，而我们所需求的数值大都需要频率计的帮助，正因为学校实验室提供频率计给我们使用，我们才能准确测量所需要的数值，才能准确做出判断，才能准确完成老师布置的任务，而频率计的制作，大都也是电子学生大学生涯必备的课程之一，由此更加可见，频率计的重要性。所以，这个社会需要频率计将传输的数据又好又快的进行处理，进入新世纪，数字频率计的发展速度飞快，研究人员把主要的方向放在了改进和优化测频方式上，并探索新的测频技术，在向高精密度、高速度进行的同时，频率计的功能性也变得更多，体积变得更小，性价比更高，功能也更加可靠。总而言之，我国正在不停加快测频测量技术的脚步，即是频率计的不断探索。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2国内外研究现状及发展趋势 2
第二章应用技术的原理与介绍 3
2.1EDA技术 3
2.1.1EDA技术有什么特点 3
2.1.2EDA技术设计的优点 3
2.1.3硬件描述语言 3
2.2FPGA介绍 3
2.2.1FPGA的基本结构 4
2.2.2FPGA芯片的设计 4
2.3频率的测量方法与原理 4
2.3.1电桥法 5
2.3.2谐振测频法 5
2.3.3频率—电压转换测频法 6
2.3.4比较法测频 6
2.3.5脉冲计数法测频 6
第三章电路的总体设计 7
3.1硬件整体介绍 7
3.2芯片介绍 8
3.2电源模块 8
3.3信号整形模块 9
3.4锁存器模块 9
3.5门控模块 9
3.6计数器模块 9
3.7译码显示模块 9
3.8Quartus II软件 11
3.9Quartus II应用 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.10测试结果 12
3.11本章总结 13
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
绪论
1.1课题的研究背景
随着电子电路技术的发展，频率计的设计技术也随之水涨船高。最开始，频率计采用的是分立式元件的设计，不仅设计周期长，稳定性差，而且体积庞大，功耗很高，数字频率计的广泛使用得益于数字电子技术和集成电路的快速发展，数字频率计变得可以使用单片机和单元电路来实现。相比于传统的分立式频率计，数字频率计不仅提高了稳定性，还减小了体积。但是，数字频率计仍然存在着很多缺点，例如：电路复杂、设计周期长，而且测量范围极为有限，往往需要为测量不同频率的信号而专门设计不同的电路，灵活性很差。随着数字电路应用的发展，我们原来的数字集成电路芯片已经跟不上时代的发展，满足不了系统的要求，而且电路系统越来越复杂，集成电路越来越多，体积越来越大，从而导致可靠性急剧降低。
20世纪末，在微电子技术和计算机技术不断发展的促进下，FPGA系列器件迅速发展，作为新型的可编程逻辑器件，它把传统的通用集成电路通过编程技术集成在体积很小的硅片上，很大的缩小了体积，而且因为线路短，减少了外界的干扰，从而提到了系统的整体稳定性。FPGA芯片可以利用软件编程来改变自身的结构和工作方式，让FPGA的设计变得更加方便快捷，灵活度更高，而且随着计算机辅助技术的提高，EDA便在现代电子系统设计领域中应运而生[1]。
EDA是在计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE )的基础上发展起来的计算机辅助设计系统，EDA是以大型可编程逻辑器件为载体，以HDL代码为语言，计算机开发系统为工具，自动完成电子系统设计的一种新技术。由于VHDL代码和Verilog HDL代码的简单性，使得EDA技术发展迅速，从另一方面也促进了FPGA技术的发展。
FPGA是一种芯片，EDA是电子设计自动化的意思，是一种技术，两者谈区别似乎不太恰当，利用EDA技术可以在FPGA芯片上构造自己所需的硬件电路，EDA技术包括编写Verilog HDL代码或者VHDL代码，仿真、综合。
进行电子测量时，有很多重要的重要参数，频率就是其中不可或缺的参数之一，它的准确与否关乎着整个实验，所以，频率计的选择十分重要，目前社会中现在应用最广泛的就是高精度类型的频率计。数字频率计有着电路简单，可靠性高等多项优点，而且随着时代的发展，数字频率计的设计越来越数字化，越来越接近现实层面，所以虽然FPGA技术越来越成熟，应用越来越广泛，但使用FPGA来设计频率计仍然具有重要的研究价值。
1.2国内外研究现状及发展趋势
随着经济科技的发展，人们的生活质量发生了翻天覆地的变化，中国的综合国力稳步提升，国家的国际地位也在逐渐提高，人们在享受着国家富强带来的幸福的同时，也都心系着国家高新技术产业的发展，频率计作为高科技产业的一小部分，从侧面反映出我国电子产业的综合水平，是科技水平的集中体现。现如今我国已经逐渐摆脱了落后的帽子，改变着别人对我们的看法[2]。我国频率计技术发展迅速，虽然相比发达国家还有一点落后，但是也在这个领域一直紧紧跟随其他发达国家的脚步，我国现在的频率计技术正在逐渐成型，并且经过了多年的考验，数字频率计已被使用在很多科技前沿的产品上，使得高新产品更加智能，更加精细，更加数字化。
我们的远方公司自主研发的PF210/PA210A数字频率计，除了基本数字频率计自带的功能外，还具备备谐波分析功能、积分功能、变比功能、平均功能和通讯功能等，而且价格合适，性价比极高，可用于精度较高的企业质检、研发部门和第三方检测部门[3][4][5]。
发达国家在电子领域的地位还是排在靠前的位置，就比如美国泰科公司研发的FCA3000系列的频率计，测量频率竟然达到了20GHZ，比我们自己研发的频率计的测量范围大了不少，而且还可以实现各种不同的功能。
如今，数字化社会已经来临，频率测量变得越来越重要，可以说现在遍地都是包含频率计的产品[6]，很多领域都需要数字频率计来完成工作，所以，发展更高精度，更加可靠地数字频率计，是现在科技的一个重要问题，我们的科研人员也没有松懈，一直加紧研究，更新着频率计，而且在一些特殊的领域，特别需要频率计的精度测量，频率计的好坏也直接导致了他们工作的成败，可见频率电子技术在电子技术发展中有着举足轻重的地位[7]，目前在我们大学生的学习圈子里，频率计都是不可缺少的一部分，我身为通信工程的一名学生，波形，频率，周期这些名词都伴随着整个的学习过程，而我们所需求的数值大都需要频率计的帮助，正因为学校实验室提供频率计给我们使用，我们才能准确测量所需要的数值，才能准确做出判断，才能准确完成老师布置的任务，而频率计的制作，大都也是电子学生大学生涯必备的课程之一，由此更加可见，频率计的重要性。所以，这个社会需要频率计将传输的数据又好又快的进行处理，进入新世纪，数字频率计的发展速度飞快，研究人员把主要的方向放在了改进和优化测频方式上，并探索新的测频技术，在向高精密度、高速度进行的同时，频率计的功能性也变得更多，体积变得更小，性价比更高，功能也更加可靠。总而言之，我国正在不停加快测频测量技术的脚步，即是频率计的不断探索。
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