第五章_复杂时序系统设计5-2.pptVIP

等精度频率计仿真图—5000tclk=clk 课后延伸 作业： 完成等精度测量原理的频率计设计，并在QUARTUS II下实现其仿真。 * TM Design of Programmable Logic System CS-SWPU * TM Design of Programmable Logic System CS-SWPU TM * Design of Programmable Logic System CS-SWPU 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1~9999Hz； 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τ与预置闸门时间τ1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τ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 δ=(|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τ内对fx的计数Nx无误差（τ=NxTx）； 对fs的计数Ns最多相差一个数的误差，即|ΔNs|≤1,其测量频率为 fxe=[Nx/(Ns+ΔNs)] ×fs （3） 将式（1）和（3）代入式（2），并整理得： δ=|ΔNs|/Ns≤1/Ns=1/(τ·fs) 等精度测频原理 δ=|ΔNs|/Ns≤1/Ns=1/(τ·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