开题报告(张璐).doc

中北大学信息商务学院
毕业设计开题报告

学生姓名：
张璐
学 号：
08050741X06
学院、系：
信息商务学院
专 业：
通信工程
论文题目：
基于CPLD的频率测量计的设计
指导教师：
邢杰

2012年 3月 9日
毕 业设计开 题 报 告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述
1.1本设计的研究背景
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
在测试通讯、微波器件或产品时，常常需要测量频率，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。而通常这些测量都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。传统的频率计通采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用[1]。
由于微电子技术和计算机技术的发展，数字频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断地增加。以单片机为核心的测量控制系统层出不穷，在被测信号中，较多的是模拟和数字开关信号，而且还经常遇到以频率为参数的被测信号，例如流量、转速、晶体压力传感器以及经过参量—频率转换后的信号等。MCS—51系列单片机具有体积小，功能强，性能价格比较高等特点，因此被广泛应用于工业控制和智能化仪器，仪表等领域[2]。
CPLD是一种新兴的高密度大规模可编程逻辑器件，它具有门阵列的高密度和PLD器件的灵活性和易用性，目前已成为一类主要的可编程器件。可编程器件的最大特点是可通过软件编程对器件的结构和工作方式进行重构，能随时进行设计调整而满足产品升级。由于CPLD具有连续连接结构，易于预测延时，使电路仿真会更加准确，且编程方便，速度快，集成度高，价格低，从而系统研制周期大大缩短，产品性能价格比提高。
因为频率信号抗干扰性强、易于传输 ,可以获得较高的测量精度。此设计既结合了CPLD，是一种可以测量频率的工具，在现实生活中我们用到的频率测量计可以测量信号等其他需要的设备的数据。在工程上帮助对一些信号的干扰与否进行详细辅助检测，在相关的工程上提供了很重要的作用[3]。
如果要测量的信号中有噪声、 谐波或寄生分量， 尽量不要使用微波计数器。在选择测量仪器之前必须了解待测信号的所有特性， 附非肯定待测信号是纯净（无噪声干扰）、平稳、单一频率成分，否则应该在制订测试方案前用频谱分析仪先观测待测信号中的干扰信号及噪声电平，然后看计数器的性能是否能允许这些干扰并仍能成功地完成频率的测量[9]。还有些计数器可以测量信号电平、周期、脉宽和脉冲频率，选择这样的计数器可以使测试方案中使用的测试仪器更少[4]。
1.2频率测量计国内外研究现状
目前，市场上的频率计厂家可分为三类：中国大陆厂家，中国台湾厂家，欧美国家，其中，欧美频率计厂家所占有的市场份额最大[5]。
欧美频率计厂家主要有：Pendulum Instruments和Agilent科技。
Pendulum Instruments公司是一家瑞典公司，总部位于瑞典首都斯德哥尔摩。Pendulum公司源于Philips公司的时间、频率部门，在时间频率测量领域具有40多年的研发经历。Pendulum Instruments公司常规频率计型号主要有CNT-91、CNT-90、CNT-81、CNT-85。同时，Pendulum Instruments公司还推出铷钟时基频率计CNT-91R、CNT-85R[6]。以及微波频率计CNT-90XL（频率测量范围高达60G）
Agilent科技公司是一家美国公司，总部位于美国的加利福尼亚。Agilent科技公司成立于1939年，在电子测量领域也有着70多年的研发生产经历。Agilent科技公司的常规频率计信号主要有：53181A、53131A、53132A。同时，Agilent科技公司还推出微波频率计：53150A，53151A，53152A（频率测量范围最高可达46G）[7]。
以频率计为基础的相关商品，有微波频率计（例如北京北科普源的TD5204D微波频率计），高精度通用计数器（例如北京北科普源的EE3386），计时计频器（例如北京北科普源6666），高性能频率计时器，数字频率计数器，通用计数器等等[8]。
随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品， 则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了[9]。
在测试通讯、微波器件或产品时，常常需要测量频率，通常这些都 是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。为了能正确地测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能[10]。微波计数器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。虽然所有的微波计数器都是用来完成计数任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的 计数器性能和价格会有所差别，因此需要根据其附加特性或价格来慎重选择[11]。
1.3频率测量计的发展趋势
频率测量计在计算机领域里有着极其广泛的应用，在未来的科技范围里会经常用到，它为我们的科学技术的发展以及在科技企业发展上有了一定的地位，在生产、生活上都得到了运用。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中[12]。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶震产品，确保产品质量[13]；
在计量实验室中，频率计被用来对各种电子设备的本地振荡器进行校准[14]。
在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析[15]。

参考文献
[1] 谭会,张昌凡.EDA技术及应用[M].西安:电子科技大学出版社,2004
[2] 黄任.AVR单片机与CPLD/FPGA综合应用入门[M].北京:北京航空航天大学出版,2004
[3] 亿特科技.CPLD/FPGA应用系统设计与产品开发[M].北京:人民邮电出版社,2005
[4] 求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践[M].北京:人民邮电出版社,2005
[5] 任晓东.CPLD/FPGA高级应用开发指南[M].北京:电子工业出版社,2003
[6] 程云长.可编程逻辑器件与VHDL语言[M].北京:科学出版社,2005
[7] James R. Armstrong, F. Gall Gray. VHDL Design Representation and SynthesisSecondEdition[M].机械工业出版社,2003
[8] 裴立云,朱静,王守权等.基于单片微机控制的等精度频率计设计制作[J].电脑学习报，2007,2（1）:4-5
[9] 李宝营,赵永生,祖龙起，牛悦苓. 基于单片机的等精度频率计设计[J].中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与SOC)2007，23（9-2）:152-154
[10] 李云鹏,王思明.基于FPGA的等精度频率计设计[J].电子元器件应用,2007，9（11）:54-55
[11] 谢海鸿,李萍,林德彬.基于FPGA芯片的数字频率计设计[J].《现代电子技术》,2005,18（209）13-16
[12] 王海,周围,宣宗强等.高精度频率测量与实现.系统工程与电子技术，2008,30（5）1-2
[13] 张丕状,李兆光.基于VHDL的CPLD/FPGA开发与应用.北京:国防工业出版社,2009
[14] GUO Gai-zhi.Design and Implementat ion ofDigital Cymometer Based on CPLD[J].内蒙古师范大学学报 (自然科学汉文版),2005,34（4）434-437
[15] Fundamentals of Digitla Logic with VHDL Desingn, Third Edition.电子工业出版社,2009

毕 业 设 计开 题 报 告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
2.1 本设计主要解决的问题
(1)介绍基于CPLD的研究背景和发展趋势，归纳总结基于cpld技术的相关技术的原理和优缺点；
(2)进行周期测量和频率测量；
(3)误差的分析；
(4)建立基本单元模块（建控制模块，电源模块，显示模块，测频模块，输入信号模块）
(5)具体研究等精度测评法；
(6)对本文涉及到的软件Mas+plusII进行仿真；
2.2 本设计的研究方法
本设计用到得研究方法主要是采用了等精度测频法：采用频率准确的高频信号作为标准频率信号，保证测量的闸门时间为被测信号的整数倍，并在闸门时间内同时对标准信号脉冲和被测信号脉冲进行计数，实现整个频率测量范围内德测量精度相等，当标准信号很强，闸门时间足够长时，可实现高精度的频率测量。
其中还涉及到的频率测量和周期测量
频率测量；在电子测量技术中，频率测量是最基本的测量之一。工程中很多测量，如用振荡式方法测量力、时间测量、速度测量、速度控制等，都涉及到频率测量，或可归结为频率测量。频率测量的精度和效能常常决定里这次测量仪表或控制系统的性能。频率作为一种最基本的物理量，其测量问题等同于时间测量问题，因此频率测量的意义更加显然。频率测量的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速以及便于实现测量过程的自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。常用的测频法和周期法在实际应用中具有叫大的局限性，并且对被测信号的计数存在±1一个字的误差。而在直接测频方法的基础上发展起来的等精度测频方法消除了计数所产生的误差，实现了宽频率范围内的高精度测量，但是他不能消除和降低标准频率所引入的误差。
周期测量：周期测量原理和频率测量原理基本结构是一样的。对于传统的频率测量方法若是要达到高精度的要求，必须对被测信号分段测量，对于较低频率采用周期测量法，对较高频率采用频率测量法。
所以在本设计中涉及到以上三种主要的的方法。

毕 业设 计开 题 报 告
指导教师意见：
该生对于所开课题进行了较为详细的调研，参考了许多文献，最后确定的课题具有一定的实用价值。本课题是学生所学专业知识的延续，符合学生专业发展方向，对于提高学生的基本知识和技能，对于提高学生的研究能力有益。研究方法和研究计划基本合理，难度合适，学生能够在预定时间内完成该课题的设计。

指导教师：
年月日
所在系审查意见：

系主任：
年月日