导言
传统丈量频率的办法首要有直接丈量法、分频丈量法、测周法等，这些办法往往只适用于丈量一段频率，当被测信号的频率发生改变时，丈量的精度就会下降。本文提出一种根据等精度原理的丈量频率的办法，在整个频率丈量过程中都能到达相同的丈量精度，而与被测信号的频率改变无关。本文使用FPGA(现场可编程门阵列)的高速数据处理才干，完成对被测信号的丈量计数;使用单片机的运算和操控才干，完成对频率、周期、脉冲宽度的核算及显现。
等精度丈量原理等精度丈量的一个最大特点是丈量的实践门控时刻不是一个固定值，而是一个与被测信号有关的值，刚好是被测信号的整数倍。在计数答应时刻内，一起对规范信号和被测信号进行计数，再经过数学公式推导得到被测信号的频率。因为门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号发生的士1差错，可是会发生对规范信号士1的差错。如图1所示。
体系中，假如选用的规范信号源的精度很高，就叮以到达一个很高的丈量精度，一般情况下都是选用晶体作为规范信号源，因而能够到达很高的精度，满意一般体系的要求。
2、FPGA模块规划
本体系在传统的等精度丈量原理基础上进行了改善和优化。增加了丈量占空比的功用，一起由FPGA内部发生清零信号，节省了资源。改善后的FPGA中心模块如图2所示。FPGA部分首要由门控信号发生模块、计数器操控模块、计数器模块、锁存器、中止输出、数据挑选输出、顶层模块组成。
1)门控信号为了丈量频率为1H:的信号，要求体系的开门时刻不小于1s;同理，为了丈量0.1H:频率的信号，要求开门时刻最短为109。可是假如体系一向选用10s的门控信号，丈量高频信号的等待时刻太长，明显不合理，因为丈量成果的显现有必要要比及一个丈量周期完毕之后才干更新。本体系选用的办法是，由单片机给FPGA供给一个门控的挑选信号，假如FPG人测得的频率小于1Hz,那么单片机主动给出一个发动10s门控的操控信号;反之，假如发现丈量的频率大于1Hz，主动切换回1。门控，完成了一个闭环的主动操控，很好地处理了门控的时刻问题。
2)计数器操控模块
该模块是本文的立异点地点，首要用来同步被测信号。由前面的剖析可知，门控信号发动(上升沿)后，在被测信号的上升沿发动计数答应模块，答应计数器计数;门控信号封闭(下降沿)后，在被测信号的下一个上升沿封闭计数答应模块，中止计数，然后确保了门控信号是被测信号的整数倍，到达了等精度的意图。该模块有GATE,CLKx这2个输人端;ENh,ENx,Load,CLR这4个输出端。GATE为上一级给出的门控信号汉LKesx为被测信号;EN-h，高电平期间对规范信号进行计数，得到CNT_h;EN_x为给出的答应计数信号，在EN-x的高电平期间，对被测信号、规范信号一起计数，得到CNT-x,CNT-b;Load为锁存信号;CLR为计数器清零信号。
由CNTx和CNT_b能够核算出被测信号的频率和周期;由CNTex和CNTh能够核算出被测信号的脉冲宽度。佑直图加图3所式。
3)计数器模块
在规划计数器的过程中需求留意计数器的宽度设置，体系中选用的最大门控时刻为10a，规范信号源的频率为50MHz，则在计数的答应时刻内计数的最大值为:536870912,为了便利数据传输，体系中选用了32位位宽的计数器。
4)锁存器模块
在门控信号封闭的一起，中止计数，一起发动锁存模块，把丈量的数据锁存起来，以便传输。
5)中止输出
锁存数据的一起，给单片机一个低电平的中止信号，告诉单片机读取数据。
6)数据挑选输出模块
体系中选用了3个32位的计数器，因为单片机选用的是51系列单片机，只要8位的数据总线，所以一次通讯只能传输8位数据，3×32/8二12，所以规划了一个数据输出操控模块，由单片机供给4根地址线，译码后能够挑选16组数据，单片机得到中止告诉后，分12次读取丈量的数据。
7)顶层模块
实例化一切的底层模块，一起为了调试便利，加入了一些测验点。FPGA部分的全体结构图如图4所示。
3、单片机模块操控
3.1理论剖析
在计数答应EN-x时刻内，对被测信号和规范信号一起进行进行计数，得到CNT_x和CNT_b，设被测信号的周期为T,,频率为Fx，规范信号周期为F6.频率为Fb。则有:
体系中选用式(6)一式(8)进行核算，得到终究的丈量数据，单片机中选用浮点数进行运算，核算的精度能够满意体系的要求。
3.2硬件电路
体系硬件电路比较简略，便是单片机的最小体系加上液晶显现模块，规划时需求留意,51单片机端口电压是5V输出，而FPGA是3.3V输出，所以在数据传输时要串联一个电阻一般1000一300f2即可。电路原理图如图5所示。
3.3软件规划
单片机软件首要由体系初始化、数据传输、频率、周期、占空比核算、液晶显现等程序模块组成。
下面简略介绍主函数及核算子函数。软件流程如图6所示。
中止服务子程序如图7所示。
4、完毕语
本体系规划选用FPGA和单片机结合的方法完成等精度丈量频率，充分发挥了FPGA高速的数据处理才干以及单片机的核算、操控才干。选用Verilog硬件描绘言语对体系进行仿真测验.终究下载到FPGA内部。单片机选用C言语编写程序，使用浮点数进行核算，精度高。一起规划了门控信号主动挑选的闭环操控，大大地提高了体系的功能。等精度丈量技能在出产、试验等环境中得到了广泛的使用。
