第四章 数字频率计的设计与实现
式中T为闸门时间，fx为被测频率。从公式(4-3)可知，不管计数值N多少，其最大误差总是±1个计数单位，故称“±1个字误差”，简称“±1误差”。而且fx一定时，增大闸门时间T，可减小±1误差对测频误差的影响。当T选定后，fx越低，则由±1误差产生的测频误差越大。 4.6.2 标准频率误差
闸门时间T准不准，主要决定于由石英振荡器提供的标准频率的准确度，若石英振荡器的频率为fc，分频系数为k，则
T?kTc?而
k fc?T??所以
k?fc fc2?T?f??c (4-4) Tfc可见，闸门时间的准确度在数值上等于标准频率的准确度，式中负号表示由?fc引起的闸门时间的误差为??T。
通常，对标准频率准确度
?fc的要求是根据所要求的测频准确度提出来的，fc例如，当测量方案的最小计数单位为1Hz，而fx=106Hz，在T=1s时的测量准确度为?1?10?6(只考虑?1误差)，为了使标准频率误差不对测量结果表明产生影响，石英振荡器的输出频率准确度频误差小一个量级。 4.6.3 结论
综上所述,可得如下结论：
1、计数器直接测频的误差主要有两项：即?1误差和标准频率误差。一般，总误差可采用分项误差绝对值合成，即
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?fc应优于1?10?7，即比?1误差引起的测fc电子科技大学现代电子技术综合实验报告
?fx1?f??(?c) (4-5) fxTfxfc可把公式(4-5)画成图 4-3 所示的曲线，即?fxfx与T，fx以及?fcfc的关系曲线。
图 4-3 误差曲线
从图可知，fx一定时，闸门时间T选得越长，测量准确度就越高。而当T选定后，fx越高，则由于?1误差对测量结果的影响越小，测量准确度就越高。但是，随着?1误差的减小，标准频率误差?fcfc将对测量结果产生影响，并以
?fcfc(图中以5?10?9为例)为极限，即测量准确度不可能优于5?10?9。
2、测量低频时，由于?1误差产生的测频误差大得惊人，例如，fx为10Hz，T=1s，则由?1误差引起的测频误差可达到10%，所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。
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第五章 结论
第五章 实验结论及总结
本文主要介绍了利用VHDL语言完成基于FPGA的数字频率计的设计与实现。详细介绍了测量原理，设计方案以及各模块的设计过程及其实现的功能，并对设计中遇到的问题作了分析和处理；利用ISE和ModelSim对设计进行了仿真，分析，综合，并最终下载到FPGA芯片中，实现了对频率的测量。
(1).通过ISE综合，ModelSim仿真，最终在XILINX学生EDA实验板上实现了10Hz—10MHz频率计数器的设计，其误差在0.01%数量级，能够较为精确的测量频率。
(2).当频率计值达到该档量程最大测量值时，这时输入频率值再继续增加，则会产生溢出，并且LED8会变亮表示计数器已经溢出。
(3).在测量频率过程中我们应当选择适当的档位，使得测量结果更加精确，特别是溢出信号LED亮的时候，一定要选择更高档位来进行测量。
通过频率计的设计试验，对频率计有了更深的认识，尤其是对频率计的工作原理以及各功能模块的实现有深入了解。此外，还熟悉了Xilinx ISE 10.1i软件的用法和VHDL/Verilog的编程环境，通过本次的设计培养自己的实验动手能力。这是第一次利用HDL语言来实现基于FPGA的实际工程项目，所以在实验过程中不可避免的遇到了很多问题以及设计中一些不足的地方。理论和实践没有有机的联系起来，理论没有起到应有的指导作用。
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参考文献
[1]. 蒋焕文，孙续. 电子测量(第二版). 中国计量出版社 (中).
[2]. Volnei A. Pedroni. VHDL数字电路设计教程. 电子工业出版社 (巴西). [3]. 姜立东. VHDL语言程序设计及应用 (第二版). 北京邮电出版社 (中). [4]. 汤山俊夫. 数字电路设计与制作. 科学出版社 (日). [5]. 廖超平. EDA技术. 北京理工大学出版社 (中).
[6]. 孙航. Xilinx可编程逻辑器件的高级应用与设计技巧. 电子工业出版社 (中).
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