选题1设计性实验指导书(EDA课程设计).doc

选题1设计性实验指导书实验名称：等精度数字频率计设计所属课程名称：EDA课程设计计划学时：30一、 实验目的EDA(电子设计自动化，Electronics Design Automation）是近年来发展最快的新技术之一。EDA实训的目的是通过一个典型的EDA项目的设计，让学生掌握EDA设计的基本方法，熟练使用QuartusII、Protel等EDA软件，并在实验板上成功调试，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。二、 预习与参考基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低，在实用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。1频率测量(1) 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输入端，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。 (2) 组合测频法：是指在高频时采用直接测频法，低频时采用直接测量周期法测信号的周期，然后换算成频率。(3) 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再进行测量，对高频段则直接进行测量。倍频法较难实现。(4) 等精度测频法：等精度测量的方法：采用频率准确的高频信号作为标准频率信号，保证测量的闸门时间为被测信号的整数倍，并在闸门时间内同时对标准信号脉冲进行计数，实现整个频率测量范围内的测量精度相等，当标准信号频率很高，闸门时间足够长时，可实现高精度的频率测量。误差分析：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由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et1，则下式成立：可分别推得：根据相对误差的公式有：经整理可得到：因et1，故et/Ns1/Ns，即 2周期测量(1) 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，使主控门开放时间等于信号周期Tx，时标为Ts的脉冲在主控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=NTs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，测量误差越大。(2)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频率测量完全相同，只是在进行计算时公式不同，用周期1/T代换频率f即可，其计算公式为等精度数字频率计涉及到的计算包括加、减、乘、除，耗用的资源比较大，用一般中小规模CPLD/FPGA芯片难以实现。因此，可选择单片机和CPLD/FPGA的结合来实现。例如利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出；CPLD/FPGA完成各种测试功能；键盘信号由单片机进行处理，它从CPLD/FPGA读回计数数据并进行运算，向显示电路输出测量结果；显示器电路采用七段LED动态显示，由8个芯片74LS164分别驱动数码管。三、 设计指标用FPGA/CPLD作为设计平台，设计一个频率测量计。设计主要技术指标为：（1）测频范围为0.1 Hz100 MHz；（2）测频精度，测频全域相对误差恒为百万分之一。四、 实验要求（设计要求）1.每个学生单独进行实验。2.根据设计任务书提出的任务、要求，明确硬件电路设计的具体内容。3.针对所要完成的设计任务进行系统分析，提出合理设计方案。4.在选定设计方案后，选择合适方法完成各单元电路及顶层电路的设计，包括程序编制、编译、综合、仿真及硬件测试等。5.在实验开发板上调试测频专用芯片。6.根据测频专用芯片的引脚接口功能设计单片机程序和编程。五、 实验（设计）仪器设备和材料清单计算机、EDA软件（QuartusII 5.0）、EDA实验箱GW/PK3、开发板。六、 调试及结果测试在仿真正确的基础上，下载至硬件目标芯片加以验证。七、 考核形式结合EDA实训过程中所完成电路情况、能力表现和设计报告，综合评分。八、 实验报告要求1. 详细说明等精度测频原理。2. 说明系统设计思想，认证设计方案，3. 给出设计方案的逻辑原理图。4. 给出关键电路模块及系统顶层文件的仿真波形图，并加以说明。5. 实验心得体会。6. 提出可进一步设计的系统扩展思路