开题报告-基于FPGA的数字频率计设计.docVIP

选题的依据及意义： （一） 选题依据：随着微电子技术和计算机技术，半导体技术的发展，特别是单片微机和片上可编程系统的出现和发展，使传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代测量仪器。频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。传统的频率计测量误差较大，等精度频率计以其测量准确、精度高、方便等优势将得到广泛的应用。频率是电子测量中一个最为基本的参量，在信号发生器以及振荡器、各种倍频和分频电路的输出信号中，都要进行频率的测量；在电视，电讯，微电子技术中，也涉及很多关于频率的测量。如何能可靠又准确的测量信号频率是衡量频率计新能的一个很重要的指标。随着可编程逻辑器件的发展和进步，采用可编程逻辑器件来实现频率计，使频率计测量频率的准确度大大提高，同时也使频率计的可靠性大大的增加[7]。 （二） 选题意义：频率计是电子计数器的一种，在电子技术领域内，频率与电压一样，也是一个基本参数。目前，随着电子技术、微电子技术、数字技术、计算机科学的发展，电子计数器已经大量采用大规模、超大规模集成电路，尤其是与微处理器相结合，实现了程控化和智能化，频率计不断得到发展和完善。尤其是近代以来，随着电子工业的飞速发展，EDA技术的问世，新型的频率计具有测量精度高、速度快、自动化程度高、直接数字显示、操作简便等特点。在此基础上附加转换电路，可以完成多参数、多功能测量，应用前景非常广阔 [7] 。 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）： （一）国内外研究现状：人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。 现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐 也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工 技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管；后者 的核心就是EDA技术。EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化 技术必威体育精装版成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计，电子电路设计以及PCB设计。没有EDA技术的支持，想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的，反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。可编程逻辑器件自七十年代以来，经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中 CPLD/FPGA属高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门/片，它将掩膜ASIC集成度高的 优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制或小批量产品开发， 使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易的转由掩膜ASIC实现，因此开发风 险也大为降低。 ---- 上述ASIC芯片，尤其是CPLD/FPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，测量某种单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为基础的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和白控技术等方面。数字频率计按频段分类 (1)低速计数器：最高计数频率＜10MHz； (2)中速计数器：最高计数频率10—100MHz； (3)高速计数器：最高计数频率＞100MHz； (4)微波频率计数器：测频范围1—80GHz或更高。随着电子设计技术的飞速发展，专用集成电路ASIC、用户现场可编程门阵列(FPGA)及复杂可编程逻辑器件(CPLD)的复杂度越来越高，数字通信、工业自动化控制等领域所用的数字电路及系统的复杂程度也越来越高。设计这样复杂的电路及系统也不再是简单的个人劳动，而需要综合许多专家的经验和知识才能够完成。硬件描述语言Verilog HDL顺应这种潮流，迅速发展，目前已得到广泛的应用。 （二）发展趋势：FPGA的结构灵活，其逻辑单元、可编程内部连线和I／O单元都可以由用户编程，可以实现任何逻辑功能，满足各种设计需求。其速度快，功耗低，通用性强，特别适用于复杂系统的设计。使用FPGA还可以实现动态配置、在线系统重构（可以在系统运行的不同时刻，按需要改变电路的功能，使系统具备多种空间相关或时间相关的任务）及硬件软化、软件硬化等功能。在大多数的研制过程中，人们习惯把FPGA技术跟MCU技术相结合的方式来完成设计。FPGA有速度快，灵活等特点，速度快的优势来源于FPGA的硬逻辑方式。由于FPGA的逻辑功能全部用硬件电路实现，故所有的延迟只来源于门电路，