基于FPGA的高精度频率计

董 勃，王 直，于 航，刘 博

(1.江苏科技大学计算机学院,江苏 镇江 212100； 2.江苏科技大学电子信息学院,江苏 镇江 212100)

0 引 言

伴随着计算机技术的发展，各行各业对传统数据采集系统的精度、实时性、带宽等性能提出了更高的要求[1-3]。频率检测仪器作为数据采集系统的一个重要分支，对于研究人员进行科学研究和电子工程师开发新产品起着至关重要的作用。然而传统的频率计通常采用分立元件设计，具有稳定性差、体积大、功耗高和不便携带等缺陷[4-6]。因此，一款具有高稳定性、高精度、高带宽、低功耗等特点的便携式频率计会有更大的应用市场。

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)具有硬件电路软件化的特点，即能通过程序控制芯片内部产生特定的硬件电路，实现对所有信号和模块并行处理。而传统使用ARM(Advanced RISC Machines)芯片的频率计，不能对信号实现真正的并行处理。因此要想实现器件的多通道或高速运行，势必要增加芯片数量，否则频率计的实时性和精确性会大打折扣，但增加芯片数量又会增加功耗、价格并使得仪器体积增大。而FPGA所具有的特点使得在不增大仪器体积、功耗和成本的情况下，较容易实现所属器件的多通道和高速运行[7]。

频率信号的测量通常使用周期测频法或脉冲计数法[8-10]。周期测频法即使用定时器测量一个脉冲的周期T，用公式F=1/T计算频率，据此易得该方法检测频率的相对误差随着被测信号周期的增大而降低，故此方法适合于测量低频信号[11-12]。脉冲计数法即在闸门时间t内对被测信号进行计数n，最后利用公式F=n/t，即可得到待测频率值，该方法检测频率的相对误差随着被测信号频率的增大而降低，故此方法适合于测量高频信号[13-14]。……