基于FPGA的频率计设计

摘??? 要 在电子工程，资源勘探，仪器仪表等相关应用中，频率计是工程技术人员必不可少的测量工具。频率测量也是电子测量技术中最基本最常见的测量之一。不少物理量的测量，如转速、振动频率等的测量都涉及到或可以转化为频率的测量。目前，市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计，但价格不菲。 数字频率计是一种用电子学方法测出一定时间隔内输入的脉冲数目，并以数字形式显示测量结果的电子仪器。数字频率计可由被测信号调理电路、时基信号发生器、闸门电路、门控电路、计数和外部显示等几部分组成。数字频率计的核心是计数器。计数器可以对脉冲数目进行累加并由显示部分显示出来。 本文介绍一种以FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心，基于硬件描述语言VHDL的数字频率计设计与实现。并在EDA(电子设计自动化)工具的帮助下，用大规模可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)实现数字频率计的设计原理及相关程序。特点是：无论底层还是顶层文件均用VHDL语言编写，避免了用电路图形式设计时所引起的毛刺现象；改变了以往数字电路小规模多器件组合的设计方法，整个频率计设计在一块FPGA/CPLD芯片上，与用其他方法做成的频率计相比，体积更小，性能更可靠。 关键词: FPGA?? 频率计? VHDL? 电子设计自动化 1.1? 研究意义 在电子和通讯系统工作中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。不少物理量的测量,如时间、速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。而在实际工程中,并不是对所有信号的频率测量都要求达到非常高的精度因此，频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。以往的大多数传统数字频率计一般由分离元件搭接而成,其测量范围、测量精度和测量速度都受到很大的限制。虽然单片机的发展与应用改善了这一缺陷,但由于单片机本身也受到工作频率及内部计数器位数等因素的是在低频段利用测周的方法，而高频段利用测频的方法，其精度往往会随着被测频率的下降而下降限制,所以无法在此领域取得突破性的进展。? 1.2 发展趋势 FPGA是一种新兴的高密度大规模可编程逻辑器件,它具有门阵列的高密度和PLD器件的灵活性和易用性,目前已成为一类主要的可编程器件。FPGA器件作为系统控制的核心，其灵活的现场可更改性，可再配置能力，对系统的各种改进非常方便，在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能。可编程器件的最大特点是可通过软件编程对其器件的结构和工作方式进行重构,能随时进行设计调整而满足产品升级。使得硬件的设计可以如软件设计一样方便快捷,从而改变了传统数字系统及用单片机构成的数字系统的设计方法、设计过程及设计观念,使电子设计的技术操作和系统构成在整体上发生了质的飞跃。具有高速、精确、可靠、抗干扰性强.当今技术的发展日新月异，FPGA 的容量和速度成倍的增长，而价格却逐年下降，这将使得基于FPGA设计的数字频率计优势更加明显。相信不久的将来，这一技术必将得到更加广泛的应用。