简易数字频率计

实验12　简易数字频率计

【实验目的】

（1）熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用；

（2）理解状态机的工作原理和设计方法；

（3）掌握利用EDA工具进行自顶向下的电子系统设计方法。

【实验所用仪器及元器件】

（1）计算机；

（2）示波器；

（3）直流稳压电源；

（4）万用表；

（5）EDA开发板及相应元器件。

【实验原理】

1.电子计数器测量频率的原理

电子计数器测量频率的原理是指周期性信号在单位时间（s）内变化的次数。其数学表示式为：

上式说明，在某个时间间隔t内，一个周期出现的重复次数为N，便可从上式求出其频率。

根据这一定义，可将高稳定度的晶体振荡器信号分频，得到一个闸门时间，去控制计数时间间隔的长短或开、关门时间，被测频率的信号通过此闸门，进入计数器计数并显示其频率值，计数的多少，由闸门时间和输入信号频率决定。例如，令闸门时间Ts＝1s，计数值为256400，则输入信号频率f＝256400Hz或256.4kHz。

测量频率的参考框图如图8－9所示。

2.计数器测量周期的原理

周期是频率的倒数，它表示电信号重复一次所需的时间。所以将被测信号分频后作为闸门信号，而把晶体振荡器的信号作为计数脉冲，就可实现对信号周期的测量。例如：设标准信号周期为T₀，被测量信号的周期为T_X，在闸门开通时间，通过计数器计数的值为N，则以下关系式应成立：

T_X＝NT₀

通常T₀的单位为负次幂秒，例如10^－3 s为1ms，10^－6 s为1μs等。

测量周期的参考框图如图8－10所示。

图8－9　测量频率的参考框图

图8－10　测量周期的参考框图

【实验内容】

1.基本内容

设计一个四位十进制数字显示的数字式频率测量仪，其频率测量范围为10KHz～10MHz。满刻度量程分为10kHz、100kHz、1MHz和10MHz四挡，即最大读数分别为9.99kHz、99.9kHz、999.9kHz和9 999kHz，要求量程能够自动转换。具体要求如下：

（1）当读数小于0999时，频率测量仪处于欠量程状态，下一次测量时，量程自动减小一挡。

（2）当超出频率测量范围时，显示器显示溢出。

（3）采用记忆显示方式，即计数过程中不显示数据，待计数过程结束后，显示测频结果，并将此显示结果保持到下次计数结束，显示时间不小于1s。

（4）小数点位置随量程变化自动移位。

2.提高要求

（1）增加显示位数。

（2）增大测频范围。

（3）被测信号为正弦波。

（4）自拟其他功能。