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基于FPGA的高精度数字频率计设计 摘 要 频率计是一种应用非常广泛的电子仪器。本文设计了一种基于FPGA的新型频率计——高精度数字频率计。 本论文完成了高精度数字频率计硬件设计和软件设计。该数字频率计主要包括FPGA和单片机两大部分。其中FPGA部分又可分为数据测量模块、FPGA和单片机接口模块、FPGA和数码管动态扫描部分。FPGA部分采用Verilog语言编写了电路的各模块电路，选用了当前比较流行的EDA开发软件Quartus II作为开发平台，所有模块程序均通过了编译和功能仿真验证。对测频系统的设计流程、模型的建立和仿真做出了具体详细的研究，验证了该系统的正确性。单片机部分采用C51编写了控制软件。 该频率计具有精度高、操作方便等优点，该频率计具有较强的实用性。 关键词：频率计，单片机，FPGA，电子设计自动化（EDA） Design of High-accuracy Digital Frequency Meter Based on FPGA Abstract Frequency meter is a kind of electronic instrument applied widely. A kind of high-accuracy digital frequency meter is designed based on FPGA in this paper. The design of system hardware and system software is accomplished in the paper. System consists of FGPA and MCU. The circuit based on FPGA includes following some parts: data acquisition module, interface between FPGA and MCU, module scanning number tube. Every circuit module is realized by Verilog.The platform of development is Quartus II and all modules procedure is demonstrated by compiling and simulation. Detailed research of design flow, model establishment and system simulation is done. The correctness of the system is demonstrated. The software based on MCU is programmed by C51. The system has the advantage of high-accuracy and convenience. It’s practicability of frequency meter is well. Keywords: Frequency meter, MCU, FPGA, electronic design automation (EDA) 目 录 第1章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.2.1 从测量原理上分 1 1.2.2 从采用的芯片类型和技术来划分 3 1.3 EDA技术简介 4 1.4 本论文内容及安排 5 第2章 频率测量方法与原理 6 2.1 直接测频法 6 2.2 利用电路的频率特性进行测量 8 2.2.1 电桥法测频 8 2.2.2 谐振法测频 8 2.2.3 频率—电压转换法测频 8 2.3 等精度测量法 9 2.4 本章小结 10 第3章 系统总体设计方案 11 3.1 频率计系统设计任务与分析 11 3.1.1 频率计系统设计任务要求 11 3.1.2 频率计系统设计任务分析 11 3.2 系统总体设计方案 12 3.3 FPGA内部功能模块设计 13 3.4 本章小结 14 第4章 系统的硬件电路设计 15 4.1 FPGA部分的硬件设计 15 4.1.1 FPGA简介 15 4.1.2 FPGA芯片的选型 15 4.2 单片机部分的硬件电路设计 17 4.2.1 单片机的选型原则 17 4.2.2 单片机控制电路的设计 18 4.3 外围电路设计 19 4.3.1 键盘接口电路 19 4.3.2 显示电路 20 4.3.3 电源电路 20 4.3.4 信号放大整形电路 20 4.3.4 其它电路 21 4.4 本章小结 22 第5章 系统的软件设计 23 5