1、本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有教高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。
随着电子技术的高速发展，CPLD的出现以其高速、高可靠性、串并行工作方式等突出优点在电子设计中广泛应用，并代表着未来EDA设计的方向。CPLD的设计采用了高级语言（如VHDL语言），进一步打破了软硬件之间的界限，加速了产品的开发过程。采用先进的CPLD（复杂可编程逻辑器件）取代传统的标准集成电路、接口电路也是电子技术发展的必然趋势。CPLD由于采用连续连接结构，易于预测延时，从而使电路仿真更加准确，可用于各种数字化是电子设计的必由之路也是必然的发展趋势。随着科技的不断发展，单片机的也暴露出了两大突出缺点：串行工作特点决定了它的低速性和程序跑飞、不可靠复位决定了它的低可靠性。
EDA(电子设计自动化) 代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照“自顶向下”的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC) 实现,然后采用硬件描述语言(HDL) 完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终目标器件。当今小型电子功用设备设计中,结合FPGA 和单片机技术是开发常用仪器仪表的主流。应用这种技术可使设计过程大大简化,也有利于减小产品体积功耗。在电子工程,资源勘探,仪器仪表的等相关应用上,频率计是工程技术人员必不可少的测量工具。数字逻辑系统的设计。灵活运用CPLD高速、高可靠性以及可编程性强等特点，可有效地突破传统的电子系统中由来已久的设计瓶颈，使这些系统的性能大幅度的提高。此外，利用CPLD进行数字系统设计可大大缩短设计周期，大幅度的减少设计费用，降低设计风险。采用HDL（硬件描述语言），例如VHDL或Verilog HDL可方便快捷地对程序进行修改，从而使系统升级更容易，使产品快速上市,并易于满足用户的要求,强大的I/O功能也是CPLD的一大优势,对于数据吞吐量比较大的数字系统可用CPLD来完成数据搬运。频率测量系统综合采用测频法和测周期法,使两者的测量带宽得到了互补,而且采用了延时为纳秒级的CPLD来实现，从而极大的提高了系统工作带宽和系统测量精度.此外,由于采用了全数字化设计，系统稳定可靠，抗干扰能力强，符合现代电子技术发展方向.采用VHDL设计CPLD,系统设计简单易行,而且十分易于升级.
 采用VDHL 编程设计实现的数字频率计, 除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外, 其余全部在一片FPGA 芯片上实现, 整个设计过程变得十分透明、快捷和方便, 特别是对于各层次电路系统的工作时序的了解和把握显得尤为准确, 而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上,对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能和测量频率的范围。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强、而且可根据需要进一步提高其测量频率的范围而不需要更改硬件连接图, 具有现场可编程等优点。
    随着单片机技术发展的日趋成熟,对电信号的测量精度要求越来越高,大部分频率计均采用普通门电路或可编程逻辑器件PLD 作为信号处理系统的控制核心,存在结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端. 在邹道生发表的论文“多功能数字频率计的设计”一文中，采用单片机技术,结合外围电路,设计的“多功能数字频率计”可较好的解决这个问题. 该频率计的特点是: (1) 使用单片机智能控制,无须换档就可对20 Hz～100 MHz 信号进行测量,其显示结果可自动转换单位; (2) 可测量电信号的周期、频率、脉宽、占空比,测量精度高(误差小于0. 001 %) . 可广泛应用于电子实验室、电子企业及科研场所。
 

2、本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施
根据频率计设计的设计要求，我们可将整个电路系统划分为几个基本模块，各模块均有几种不同的设计方案。
频率测量模块
直接测频法：把被测频率信号经脉冲整形电路处理后加到闸门的一个出入端，只有在闸门开通时间T（以秒计）内，被计数的脉冲送到十进制计数器进行计数；设计数器的值为N，则可得到被测信号频率为f=N/T，经分析，本测量在低频率的相对测量误差较大，即在低频段不能满足本设计的要求。
组合测频法：是指在高频是采用直接测频法，低频是采用直接测量周期法测信号的周期，然后换算成频率；这种方法可以在一定程度上弥补方法（1）中的不足，但是难以确定最佳分测点，且电路实现较复杂。
倍频法：是指把频率测量范围分成多个频段，使用倍频技术，根据频段设置倍频系数，将经整形的低频信号进行倍频后在进行测量，对高频段则直接进行测量。倍频法较难实现。
等精度测频法：其实现方式可用图来说明。图中，预置门控信号是宽度为TPR的一个脉冲，CNT1和CNT2是两个可控计数器。标准频率信号从CNT1的时钟输出端CLK输入，其频率为fs，经整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入，设其实际频率为fx；当预置门控信号为高时，经整形后的被测信号的上升沿通过D触发器的Q端同时启动计数器CNT1和CNT2。CNT1和CNT2分别对被测信号（频率为fs）和标准频率信号（频率为fx）同时计数。当预置门信号为低时，随后而至的被测信号的上升沿将两个计数器同时关闭。设在一次预置门时间Tpr内对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。则下式成立：
fx/Nx=fs/Ns
由此推得：fx=fs*Nx/Ns
     若所测频率值为fx，其真实值为fxe，标准频率为fs，一次测量中，由于fx计数的起停时间都是该信号的上跳沿触发的，因此在Tpr时间内对fx的计数Nx无误差，在此时间内的计数Ns最多相差一个脉冲，即     ，则下式成立：fx/Nx=fs/Ns        fex/Nx=fs/Ns+△et  
可分别推得   fx=fs*Nx/Ns        fex=fs*Nx/Ns+△et
    根据相对误差的公式有：△fxe/fxe=fxe-fx/fxe
 经整理可得到：△fxe/fxe=△et/Ns
因△et≤1，故△fxe/fxe≤1/Ns       Ns=Tpr*fs
根据以上分析，我们可知等精度测频法具有三个特点：1，相对测量误差与被测频率的高低无关；2，增大Tpr或fs可以增大Ns，减少测量误差，提高测量精度；3，测量精度与预置门宽度和标准频率有关，与被测信号的频率无关，在预置门和常规测频闸门时间相同而被测信号频率不同的情况下，等精度测量法的测量精度不变；
   经过综合考虑，结合设计需求，选用第（4）种方案，即用等精度测频法来实现本设计频率测量。
周期测量模块
直接周期测量法：用被测信号经放大整形后形成的方波信号直接控制计数门控电路，使主门开放时间等于信号周期Tx，时标为Ts的脉冲在主门开放时间进入计数器。设在Tx期间计数值为N，可以根据以下公式来算得被测信号周期：
Tx=N*Ts
经误差分析，可得结论：用该测量法测量时，被测信号的频率越高，测量误差就越大。
等精度周期测量法：该方法在测量电路和测量精度上与等精度测量完全相同，只是在进行计算时公式不同，在周期1/T代换频率f即可，其计算公式为Tx=Ts*Ns/Nx
从降低电路的复杂度及提高精度（特别是高频）上考虑，本设计拟采用方法（2）测量被测信号的周期。
脉冲测量模块：
在进行脉冲宽度测量时，首先经信号处理电路进行处理，限制只有信号的50%幅度及其以上部分才能输入数字测量部分。脉冲边沿被处理得非常陡峭，然后送入测量计数器进行测量。
测量电路在检测到脉冲信号的上升沿时打开计数器，在下降沿是关闭计数器，设脉冲宽度为Twx，计算公式为：Twx=Nx/fs

占空比测量模块
测一次脉冲信号的脉宽，记录其值为Twx1，然后将信号反相，再测一次脉宽并记录其值为Twx1，然后将信号反相，再测一次脉宽并记录起值为Twx2，通过下式计算占空比：
占空比=Twx1/（Twx1+Twx2）*100%
标准频率发生电路
本模块采用高频率稳定度和高精度的晶振作为标准频率发生器。

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