1目的及意义

1.1课题的意义

在电子技术中，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，因此，频率的测量就显得更为重要。近年来,在现代电子系统设计领域中,电子设计自动化已成为重要的设计手段。简单的搭建电路已经不适应大规模电路设计要求。EDA的可编写程序设计硬件电路设计，可重复下载的优势非常明显。这样做既可节省时间又能避免不必要的资源浪费。数字频率计的设计,其功能是实现信号的频率、周期、占空比以及脉宽等指标的测量，在电子测量、航海、探测、军事等众多领域的应用范围广泛。

数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。而采用FPGA现场可编程门阵列为控制核心，通过nios ii软核的设计和底层硬件编程c语言，在Quartus II仿真平台上编译、仿真、调试 ，并下载到FPGA芯片上，通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量，并且将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

本课题采用的是nios ii数字频率计，在一片FPGA开发板里实现了数字频率计的绝大部分功能。由于数字频率计最初的实现形式是用c语言写成的程序，具有通用性和可重用性。 所以在外在的条件下，只需对源程序作很小的改动，就可以使数字频率计的精度提高几个数量级。同时对于频率精度要求不高的场合，可以修改源程序，使之可以用较小的器件实现，从而降低系统的整体造价。

1.2国内外现状及发展趋势

我国在这个领域的发展是极其迅速，现在的技术实际已是多年来见证。我国现阶段电子产品的市场特点，电子数字化发展很快，数字频率计已经应用于高科技等产品上面，可以不夸张的说没有不包含有频率计的电子产品。^[3][4[5]我国的CD、VCD、DVD和数字音响广播等新技术已经大量进入市场，而在今天这些行业中都必须用到频率计。到今天频率计已开始并正向智能、精细的方向发展。^[2][8]

数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。^[1][6][15]现如今，数字频率计已经不仅仅是测量信号频率的装置了，用它还可以测量方波脉冲的脉宽。^[14]在人们的生活中频率计也发挥着越来越重要的作用，比如用数字频率计来监控生产过程，这样可以及时发现系统运行中的异常情况，以便给人们争取时间处理。^[11][12][13]

除此之外，它还可以应用于工业控制等其它领域。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量是频率较低，误差较大。^[7]频率仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时的跟踪捕捉到被测信号的频率变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此频率计拥有非常广泛的引用范围。^[9][10]

关键字：数字频率计，脉冲宽度，频谱，数字电路。

2. 研究的基本内容与方案

2设计的基本内容及可能遇到的问题

2.1设计的基本内容

数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较多,连线比较复杂,而且会产生较大的延时,造成测量误差、可靠性差。随着可编程逻辑器件FPGA的广泛应用,以EDA工具为开发平台,利用NIOS II的软核设计，通过C语言的底层驱动编程,设计者不但可以方便实现数字频率计,而且将使系统大大简化,提高整体的性能和可靠性。

数字频率计的原理框图如图1所示。主要由5个模块组成,分别是:脉冲发生器电路、测频控制信号发生器电路、计数模块电路、锁存器、译码驱动电路。