第五章_复杂时序系统设计5-2.ppt

五、复杂时序系统,采用等精度测频原理的频率计,设计要求设计一个用等精度测频原理的频率计。频率测量范围19999Hz；其精度为；用4位带小数点数码管显示其频率；并且具有超量程、欠量程提示功能。,计数法频率测量原理,计数法频率测量原理,测频原理图中门控信号是宽度为Ten的一个脉冲，Counter可控计数器，当被测频率信号从Counter的时钟输入端CLK输入，当门控信号为高，计算器对被测信号计数，当门控信号为低时，计数器停止计数，此时的计数值为Nx。,计数法频率测量误差分析,若设所测频率值为Fx，其真实值为Fxe，在一次测量中，在Ten时间内对Fx的计数Nx最多相差一个脉冲，即:,则下式成立：,根据相对误差的公式有：,计数法频率测量误差分析,从误差分析的结果可以看出：频率测量的误差不是等精度的；相对误差是随被测信号频率的降低而增加。最高相对误差可以达到50%。,周期法频率测量原理,周期法频率测量原理,测频原理图中门控信号是宽度为Tx的一个脉冲，Tx为被测信号的周期，Counter可控计数器，标准频率信号Fc从Counter的时钟输入端CLK输入，当门控信号为高，计算器对标准信号计数，当门控信号为低时，计数器停止计数，此时的计数值为Nx。,周期法频率测量误差分析,若设所测频率值为Fx，其真实值为Fxe，在一次测量中，在Tx时间内对Fc的计数Nx最多相差一个脉冲，即:,则下式成立：,根据相对误差的公式有：,周期法频率测量误差分析,从误差分析的结果可以看出：频率测量的误差不是等精度的；相对误差是随被测信号频率的增加而增加。,周期法频率测量误差曲线,等精度频率测量,从周期法频率测量误差分析可以看出，相对误差与标准信号的计数值成反比，主要原因是当被测信号变化，其周期变化，导致计数值的变化。如果能找到一种办法使计数值不受被测信号周期的影响，就可以实现等精度频率测量。,解决方案：用被测信号的多周期而不是单周期作门控信号；门控信号周期数可根据被测频率的大小自动调节，使计数值Ns保持不变，从而实现等精度测量。,等精度测频方法是在计数法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此，撤除了对被测信号计数所产生1个字误差。,等精度测频原理,等精度测频原理波形图,在测量过程中，有两个计数器分别对标准信号和被测信号同时计数。首先给出闸门开启信号（预置闸门上升沿），此时计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，计数器才真正开始计数。然后预置闸门关闭信号（下降沿）到时，计数器并不立即停止计数，而是等到被测信号的上升沿到来时才结束计数，完成一次测量过程。可以看出，实际闸门时间与预置闸门时间1并不严格相等，但差值不超过被测信号的一个周期,等精度测频原理,设在一次实际闸门时间中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的计数值为Ns。标准信号的频率为fs，则被测信号的频率为由式（1）可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为=(|fxe-fx|/fxe)100%(2)其中fxe为被测信号频率的准确值。,等精度测频原理,在测量中，由于fx计数的起停时间都是由该信号的上升沿触发的，在闸门时间内对fx的计数Nx无误差（=NxTx）；对fs的计数Ns最多相差一个数的误差，即|Ns|1,其测量频率为fxe=Nx/(Ns+Ns)fs（3）将式（1）和（3）代入式（2），并整理得：=|Ns|/Ns1/Ns=1/(fs),等精度测频原理,=|Ns|/Ns1/Ns=1/(fs)由上式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，即实现了整个测试频段的等精度测量。闸门时间越长，标准频率越高，测频的相对误差就越小标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度。,等精度测频原理,上表所列为标频在10KHz和100MHz时闸门时间与最大允许误差的对应关系。,等精度测频原理,等精度测频原理频率计组成框图,CNT1和CNT2是两个可控计数器，标准频率（fs）信号从CNT1的时钟输入端CLK输入；经整形后的被测信号（fx）从CNT2的时钟输入端CLK输入。每个计数器中的CEN输入端为时钟使能端控制时钟输入。当预置门信号为高电平（预置时间开始）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时启动两个计数器计数；同样，当预置门信号为低电平（预置时间结束）时，被测信号的上升沿通过D触发器的输出端，同时关闭计数器的计数。,等精度测频原理频率计,等精度测频原理频率计系统组成,系统由分频器、计数器1、计数器2、D触发器等组成。分频器出来的信号作为等精度测频原理的预置闸门信号。其中D触发器，计数器2和计数器1的作用与前2页图中所示相同。运算模块就是完成公式（1）的运算。复位主要对分频、计数器1和计数器2进行清零操作。,等精度测频原理的频率计组成方框图,等精度测量频率计的电路符号,等精度频率计仿真图欠量程,等精度频率计仿真图超量程,等精度频率计仿真图5tclk