1. 研究目的与意义
频率指物体在1s里进行周期性质转变的次数衡量，是对物质周期运动的往返次数的度量，用符号f来表示，单位为“赫兹（hz）”。人们把频率的单位叫做赫兹(hz)是去缅怀德国天才物理学家赫兹先生在物理研究领域所作出的卓越贡献，简称“赫”，千赫(khz)和兆赫(mhz)也经常被使用。1khz=1000hz，1mhz=1000000hz ，1ghz=1000mhz。 任何物质皆存在固有的频率，即由物体自身发出的与幅值大小无联系的频率。频率概念不仅是力学、声学中的普遍应用，在电磁学和无线电技术中也经常用到。 交流电的频率是指它每秒周期性变化的次数，单位是赫兹(hz)，与周期成反比例。在我国，日常生活中的交流电的频率一般为 50hz-60hz。无线电领域中触及的交流电频率通常比较大，能够到达khz乃至mhz数量级。
在电子测量技术领域内，频率是一个基本的参数。它不仅是各种强弱电信号的物质本质参数之一，还因为频率信号的抗干扰性强、易于传输、可以获得较高的测量精度等特点使各种非电信号，诸如速度、力、图像、音讯等物理量都可以转换为电频率信号。因此工程中很多测量，如用振弦方法进行力的测量、时间测量、速度测量、速度控制等都涉及到频率测量。频率测量一般原理，是通过相应的传感器，将周期变化的特性转化为电信号，再由电子频率计显示对应的频率，如工频、声频、振动频率等。除此之外，还有应用多普勒效应原理，对声频的测量。测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1%左右。有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几hz；后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象，然后通过检测零差现象进行测频，常用于高频测量，误差在±20 hz左右。以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足，因此，研究频率计具有一定的实用价值。
数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用与航天、电子、测控等领域。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。频率计是计算机、通讯设备、音频视频等诸多领域不可缺少的测量仪器 ,是一种典型的数字化、智能化、自动化的测量仪器 ,并越来越趋于小型化。随着数字电子技术的进一步发展 ,频率测量成为一种越来越普遍的工作 ,数字频率计及其设计也受到越来越广泛的关注。数字频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频段的时间，克服了原来高频段采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。
2. 研究内容和预期目标
本次课题要求设计一个宽范围频率测量电路，要求测量范围大：测量频率在0.1hz-10mhz范围内；并能实现结果的智能显示：所有的频率信息及其他参数测量结果通过fpga控制在lcd上显示。
本项目采用fpga可编程逻辑器件设计高精度数字频率计，具有集成度高、高速和高可靠性等优点，频率的测量范围可达到0.1hz-10mhz，测频全域相对误差为百万分之一，完全可以达到任务要求。因此，本系统采用了fpga器件和单片机结合的方式实现频率测量系统中数字频率计的设计。除被测信号的整形部分、键入部分和lcd显示部分外，其余全部在一片fpga芯片上实现。系统可测量正玄波、方波和锯齿波等多种波形，而且具有灵活的现场可更改性。
采用verilog语言对fpga部分进行软件开发与设计，单片机部分采用汇编语言进行。选用的开发环境为quartusii13.0，在此环境下进行测频系统的生成、编译和仿真运行。
3. 研究的方法与步骤
本次课题采用的是等精度测量法，并同时对大于等于1khz的被测信号直接测量其频率，对小于1khz的被测信号测量其周期。等精度测量方法是在直接测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。因此，排除了对被测信号计数所产生的个字误差，并且达到了在整个测量频段的等精度测量，其测频原理波形图和实现图如下图所示。
4. 参考文献
[1] 王金明.数字系统设计与verilog hdl(第7版).电子工业出版社. 2019年01月
[2] 夏宇闻. verilog数字系统设计教程 (第3版).北京航空航天大学出版社.2017年
[3] 黄继业,陈龙，潘松.eda技术与verilog hdl (第3版).清华大学出版社 2017
5. 计划与进度安排
第1周--第2周：有针对性的查阅课题相关文献资料，学习课题相关知识，确定研究方案，撰写开题报告。
第3周--第5周：进一步学习fpga设计开发环境和等精度频率测量的原理，定义频率测量、周期测量、测量控制等相关模块的功能，采用verilog hdl设计各功能模块，并进行初步的仿真。
第6周--第8周：学习脉冲信号的整形变换电路原理，设计制作脉冲信号整形变换电路，实现常见的正弦信号、三角波信号灯项立项脉冲信号的变换功能，并进行相应的调试。
