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河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书
课程名称 现代电子系统课程设计 题 目 简易数字频率计设计
学 院 ＿＿电子信息工程学院＿＿＿ 班 级 ＿ 电信科083班＿ ＿ 学生姓名 ＿ ＿＿陈真淮＿＿ ＿＿ 指导教师 ＿ ＿齐晶晶、张雷鸣＿ ＿＿ 日 期 ＿ 2011年12月16日＿ ＿
课程设计任务书
（指导教师填写）
课程设计名称 现代电子系统课程设计学生姓名 陈真淮专业班级电信科083 设计题目 简易数字频率计设计 一、 课程设计目的
掌握高速AD的使用方法； 掌握频率计的工作原理；
掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法； 了解基于FPGA的电子系统的设计方法。
二、 设计内容、技术条件和要求
设计一个具有如下功能的简易频率计。 （1）基本要求：
a．被测信号的频率范围为1～20kHz，用4位数码管显示数据。 b．测量结果直接用十进制数值显示。
c．被测信号可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。 d．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。 e．当测量脉冲信号时，能显示其占空比（精度误差不大于1%）。 （2）发挥部分
a．修改设计，实现自动切换量程。
b．构思方案，使整形时，以实现扩宽被测信号的幅值范围。
三、 时间进度安排
布置课题和讲解：1天 查阅资料、设计：4天 实验：3天 撰写报告：2天
四、 主要参考文献
何小艇 《电子系统设计》 浙江大学出版社 2008.1 潘松 黄继业 《EDA技术实用教程》 科学出版社 2006.10
指导教师签字： 2011年 11月 28日
摘 要
数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它不仅可以测量正弦波、方波和尖脉冲信号的频率，还能对占空比、周期、幅值、脉冲宽度等多种物理量进行测量。本设计用VHDL语言在FPGA器件上实现数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示频率范围为0-20KHZ被测信号的频率；能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，并实现自动量程切换；能够测量的信号的占空比。结合GW48实验教学系统特定硬件资源，通过五个功能模块的实现整个系统的设计，分别是：
模数转换模块：将信号发生器输入的模拟信号通过AD0809转化成数字信号。 信号整形模块：将正弦波、三角波信号转换为方波信号。
频率测量及报警模块：利用直接测频法和测周期法完成被测信号的频率测量。当被测信号的频率超过量程时能实现报警功能。
占空比测量模块：本设计通过测信号的脉冲宽度间接实现占空比的测量。 显示模块：为了提高人机交互的方便性及设备的利用率，设置显示控制电路用来控制频率值和占空比值的交换显示。
采用VDHL编程设计实现的数字频率计，除被测信号的模数转换部分、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，整个系统非常精简，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。因此，该数字频率计具有具有高速、精确、可靠、功耗低、抗干扰性强和现场可编程等优点。 关键词：频率计、FPGA、频率测量、占空比、直接测频法
目 录
一 任务解析 ................................................................................................................ 5 1.1 设计目标 ................................................................................................................. 5 1.2 性能指标 ................................................................................................................. 5 1.3 系统原理框图 .......................................................................................................... 5 二 系统方案论证 ........................................................................................................ 5 2.1 方案比较 ................................................................................................................ 5 2.2 方案论证 ................................................................................................................ 8 三 系统结构 ................................................................................................................ 8 3.1 系统组成 ................................................................................................................. 8 3.2 系统运行原理 .......................................................................................................... 9 四 模数转换模块 ........................................................................................................ 9 4.1 AD0809工作原理 ..................................................................................................... 9 4.2 转换控制模块 ........................................................................................................ 10 4.3 仿真验证 ............................................................................................................... 11 五 信号整形模块 ...................................................................................................... 11 5.1 整形电路原理 ........................................................................................................ 12