基于FPGA的数字测频系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

Verilog HDL语言是由GatewayDesignAutomation公司开发，于1995年被批准成为IEEE标准的硬件描述语言，其与VHDL是目前世界上最流行的两种硬件描述语言，被广泛地应用于基于可编程逻辑器件的项目开发。相比传统的电路原理图的设计方法，使用Verilog硬件描述语言设计者可以从开关门，RTL各层次对电路模型进行定义，在很抽象的层次上描述电路。同时硬件描述语言可以帮助设计者在设计早期对电路的功能进行验证，发现和排除绝大多数错误，降低后期发现错误的可能性，避免设计过程的重复，缩短了设计周期。硬件语言类似计算机编程，带文字注释的源程序相比门级电路原理图，更加简明扼要，便于开发和修改。数字测频系统是数字电路中的一个典型应用，实际硬件设计涉及器件繁多，同时连线复杂会产生比较大的延时，测量的可靠性也比较差，给设计者带来不少困扰。 然而随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，使用Verilog硬件编程语言，将在极大程度上简化整个系统，同时提高整体性能和可靠性，大大方便了程序设计员提高开发效率。

本此设计主要研究如何用FPGA进行频率测量技术，因为现在数字测频系统在计算机、音频视频、通讯设备等科研领域及实际生产过程中成为不可或缺的一份子。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，同时许多电参量的测量方案和测量结果都和他有着密不可分的关系，因此频率测量有着超然的地位，而如何优化测量方法的话题也越来越受到人们的重视。随着数字和集成电路的发展与普及，电子计数器频率测量法操作便利、测量迅速，以及方便自动测量等一系列突出优点，成为近代频率测量重要手段。随着科学技术的发展，测频方法层出不穷，有用具有记忆功能的触发器设计而成的频率计，还有用单片机核心器件设计而成的频率计，包括本次设计我采用的可编程逻辑器件设计而成的频率计。在信息采集阶段，各式各样的频率计设计论文都有所接触，大家设计思路基本都是采用上述的电子计数器测量频率，准确度，和测量精度都有所保证。值得一提的是，虽然很早就可以采用数字方法实现类似功能，但都是在多芯片基础上实现的。可以想象，随着电子技术的不断发展，新的设计方案和更高精度的转换方法也会层出不穷的。同时数字电路制造工业技术的不断进步，相信设计人员将更多的东西集成到一片芯片中去，并将并行通道集成在同一芯片中进行测量，使得输出数据可以得到更高的精度，不断提高系统的可靠性和速度。实际应用中FPGA计数器已经以PC插卡的形式被用来设计通用频率计数器。其配套的软件可提供控制、显示、数据的统计处理和诊断等功能。信息资料显示如今已经出现使用专有芯片来制造频率计，虽说技术不是非常成熟，但是向更精确，更小巧，更全面等方面发展的思路是得到大家认可的。可以预测将来的频率测频技术将走向高度集成化和智能化，这是无数科学研发者孜孜以求的目标，同时也是将频率计推向更广阔的天地所必走的道路。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：熟悉fpga应用，掌握其编程方法，设计出相应的控制程序，测量给定频率范围和信号幅度的输入信号正弦波和方波的频率。同时设计必要的硬件电路，包括整形电路模块、数码管显示模块、fpga测频模块、单片机频率监控模块及相应的电源电路模块来完成整个测频系统的设计。

技术方案：本设计采用veriloghdl硬件描述语言进行数字测频系统的软件设计，同时采用fpga芯片进行相应硬件电路设计包括一个单片机最小系统的频率监测应用。

1）软件设计：fpga测频模块基本工作原理框图如图1所示。

3. 研究计划与安排

第1-3周 查阅资料，完成英文文献翻译；

第4周 整理归纳资料，并完成开题报告；

第5-9周 设计系统软件部分，学习veriloghdl语言完成系统编程和仿真；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王敏志．理解alterafpga应用设计．北京航空航天大学出版社．2010．

[2] eda先锋工作室．altera fpga/cpld设计（基础篇）．人民邮电出版社．2010．

[3] 李孝辉．时间频率信号的精密测量．科学出版社．2010．