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2019年春-频率计(唐续)实验报告1
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2019年春-频率计(唐续)实验报告1
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1
2019 年
一、实验室名称:
二、实验项目名称:现代电子技术综合实验
三、实验学时:48
四、实验原理:
1. 测频原理
测频法:在确定的闸门时间
TW
内,记录被测信号的变化周期或脉冲个数
NX
,
则被测信号的频率
fx=NX/TW
。其工作原理如下图所示,首先被测信号①经过放
大整形后转变为方波信号②,将其加到闸门的输入端。由一个高稳定的晶体振荡
器和数字分频器组成时基信号发生器,它输出时基信号③去控制门控制电路形成
门控信号④,其控制闸门的开与闭,只有闸门在开通时间内,方波信号②才能通
过闸门成为被计数的脉冲⑤,通过计数器计数。
2. 测周原理
2
3. 等精度测量
等精度频率测量也称为多周期同步测量,与传统的频率测量原理相比,
其优点是可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。其测量原理
如图 1 所示,其工作时间波形图如图 2 所示。其中,fx 为输入信号的频率,
f0 为基准信号的频率。A、B 2 个计数器在同一个闸门时间 T 内分别对 fx 和
f0 进行计数,计数器 A 的计数值 Nx=fxT,计数器 B 的计数值 N0=f0T。因此,
被测信号的频率 fx 公式为:
五、实验目的:
3
1. 掌握频率检测的方法,学会查阅资料并分析误差结果。
2. 学习分析和设计系统需求并提出结局方案的过程。
3. 学习 MC8051 原理及用其实现部分功能的方法。
4. 学习 FPGA 和 VHDL 语言及用其实现频率计等功能的能力
六、实验内容:
5. 理解计数式频率计基本原理
6. 掌握 VHDL 语言的基本应用
7. 掌握 ISE,Modelsim 等 等 等 EDA 工具的使用流程
8. 掌握 MCU 及 及 C C 语言的基本应用 语言的基本应用
9. 掌握基本逻辑模块的设计
10.掌握小型电路系统的仿真
七、实验器材(设备、元器件): ISE 、Modelsim 和 KEIL 软件、
Smart SOPC 多功能教学实验开发平台主板、数字信号发生器
八、实验过程:
1. EDA
1)分频器:
对石英振荡器产生的信号进行分频,得到 1Hz、10Hz、100Hz 和 1KHz 基
准频率,提供标准闸门时间控制信号以精确控制计数器的开闭;同时将 1KHz
的信号作为扫描显示译码模块的时钟,以产生扫描选择信号。
分频器的功能是由于闸门时间只有 1S,0.1S,0.01S 三档,且
在数码管显示时采用动态扫描的方法,需要产生 1kHz 的扫描信号,由
于本设计将下载到开发板上,其提供的标准时间是 50MHz,所以要对系统的
50MHz 时钟信号进行分频,以产生符合要求的各频率信号:先由系统时钟
4
50MHz 分频出 1kHz 作为数码管显示的动态扫描信号,同时产生 0.01S 的计数
闸门信号脉冲,再由 1kHz 分频出 100Hz 产生 0.1S 的计数闸门信号脉冲,由
100Hz 分频出 10Hz 产生 1S 的计数闸门信号脉冲。
2)闸门选择:
实现对输入的几个闸门信号的手动选择,将选择的闸门信号有 fref 输
出到下一个模块,同时输出小数点的控制信号 dp1。
采用数字电路里所学的多路复用器原理,s(2:0)为选择端,f1,f10,f100
为被选时基信号输入端,通过选择端 s 来控制哪一个时基型号被选择输出:
当 s(2:0)为 100 时,f1 的输入时基信号被选中,被赋值给输出端口 fref 输
出,此时 dp1(2)有效,其余的无效,点亮对应连接的小数点;当 s(2:0)为 010
时,f10 时基信号被选中,被赋值给输出端口 fref 输出,此时 dp1(1)有效,
其余的无效,点亮对应连接的小数点;最后当 s(2:0)为 001 时,f100 时基
信号被选中,被赋值给输出端口 fref 输出,此时 dp1(0)有效,其余的无效,
点亮对应)连接的小数点。
5
3)门控电路:
控制整个频率计各模块进行时序工作的控制装置,它对输入的标准时钟
信号进行变换,产生我们所需要的三个信号闸门信号 gate,锁存信号 latch
以及清零信号 reset。
测量过程中,产生的上个闸门信号有着先后顺序。根据我们的 测量需
要,可以得出三个信号的先后为:gate、latch、reset。同时为了规避冒险,
我们需要将三个信号的上升沿错开。
4)计数器:
在门控电路的 gate 的控制下对输入的信号进行计数,即完成 f=N/T 公
式中的 N 的测量。
实现:采用数字电路所学的十进制计数器,并对计数器采用级联的方
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赵伊辰
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