項目6——信號頻率測量顯示儀任務(wù)要求與組織邏輯項目3~5任務(wù)回顧設(shè)計核心或設(shè)計切入點：計數(shù)器（1）分頻計數(shù)顯示儀（2）正弦信號發(fā)生器（3）NCO正弦信號發(fā)生器（4）動態(tài)數(shù)碼管驅(qū)動電路特點：構(gòu)造輸出信號；任務(wù)要求與組織邏輯項目3~5任務(wù)回顧設(shè)計核心或設(shè)計切入點：計數(shù)器（6）除法器復(fù)用優(yōu)化動態(tài)數(shù)碼管（7）大四加三算法優(yōu)化動態(tài)數(shù)碼管驅(qū)動電路特點：構(gòu)造輸出信號；任務(wù)要求與組織邏輯特點：對輸入信號進行檢測、分析；計數(shù)器（定時器）全局電路時間標尺。項目3~5任務(wù)回顧設(shè)計核心或設(shè)計切入點：計數(shù)器任務(wù)要求與組織邏輯項目六信號頻率測量顯示儀任務(wù)要求1、測量脈沖信號頻率，范圍10Hz~1MHz，要求：

頻率1KHz以下測量的絕對誤差-0.002Hz~0.002Hz，

頻率1KHz以上測量的絕對誤差

-2Hz~2Hz。2、測量正弦信號：

其峰峰值2~6V，直流偏移-2V~2V，頻率范圍1KHz~1MHz

絕對誤差±10Hz。3、數(shù)碼管顯示。注：絕對誤差指測量值和真實值之差；

相對誤差指絕對誤差與真實值之比，一般均乘以100，以%形式表示。任務(wù)要求與組織邏輯測頻儀的應(yīng)用/意義測頻儀的應(yīng)用

信號的頻率測量在電子設(shè)計和測量領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，對頻率測量方法的研究在實際工程應(yīng)用中具有重要意義,例如低頻載波信號的頻率測量，再如調(diào)制信號因相對運動引起的多普勒頻移的頻率測量。測頻的常規(guī)方法

信號分為數(shù)字信號和模擬信號：（1）數(shù)字信號：可直接由FPGA、ARM等處理器處理；（2）模擬信號：如正弦波信號，頻率測量分為時域和頻域兩種方式。時域處理：最直接有效的方法是經(jīng)過過零比較器或施密特觸發(fā)器后變?yōu)槊}沖信號后，再進行測量，無需ADC器件。特點是簡單、直觀，適合低噪聲信號的測量。頻域處理：首先需要借助ADC器件獲得采樣值，然后做FFT等數(shù)學(xué)處理。特點是需要《信號與系統(tǒng)》基礎(chǔ)，可測量低信噪比信號。6.1節(jié)

（1）三種典型測頻方法-以計數(shù)器為切入點介紹3種典型的、以計數(shù)器為切入點和核心的測頻法——周期測頻法、直接測頻法、等精度測頻法。三者從直觀和難易程度依次增加、且有一定的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)性。6.1節(jié)

（2）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象及解決方法待測信號相較FPGA內(nèi)部時鐘是一種典型的異步信號，異步信號若處理不善，則會造成亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。介紹一種經(jīng)典且簡單的處理亞穩(wěn)態(tài)的解決思路——兩級觸發(fā)器。6.2節(jié)

正弦信號的測頻量方法核心是基于ADC+FPGA的等效施密特觸發(fā)器（過零比較器）。任務(wù)要求與組織邏輯任務(wù)要求與組織邏輯項目6組織邏輯6.1脈沖信號的頻率測量6.2正弦信號的頻率測量4、基于FPGA+ADC的等效施密特觸發(fā)器預(yù)處理正弦波5、直接測頻法測量（預(yù)處理后的）的信號實施1、3種典型測頻法-周期、直接、等精度3種測頻法2、異步信號的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象及解決方法3、周期測頻法和等精度測頻法的實施三種測頻法；亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的原因和解決方法。本章重點謝謝大家！6.1脈沖信號頻率測量任務(wù)要求測量脈沖信號頻率（1）范圍10Hz~1MHz；（2）1KHz以下絕對誤差±0.002Hz，1KHz以上絕對誤差±2Hz。（3）數(shù)碼管顯示格式：頻率<1000Hz時，

顯示“XXX.XXX”，如“999.999”代表999.999Hz；1000Hz≤頻率＜1MHz時，顯示“XXXXXX.”，如“999999.”代表999999Hz。6.1脈沖信號頻率測量內(nèi)容安排1、三種典型的測頻法；

1）周期測頻法；

2）直接測頻法；

3）等精度測頻法。2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象；3、周期測頻法操作演示；4、等精度測頻法操作演示。1、三種典型的測頻法以下兩圖是示波器截圖，請回答兩個信號的頻率是多少？提問單個周期高電平與低電平之和大約為8.2個橫格，示波器左下角顯示每橫格1ms，則周期是8.2ms,計算得到其頻率為1/(8.2ms)=122Hz實際信號發(fā)生器頻率：頻率為120Hz總結(jié)：直接測量單個周期的時長右圖在示波器窗口14個上升沿，共13個波形有余。同理，整個示波器共12個橫格，共12ms，故每個周期為12ms/(13)，對應(yīng)頻率為13/(12ms)=1083Hz。實際信號發(fā)生器頻率：頻率為1100Hz總結(jié)：某段時長內(nèi)待測信號周期數(shù)，間接得到單個周期平均時長三種測頻法思想來源fx_i是待測信號某個周期內(nèi),實際高、低電平時間寬度記為Tx_H、Tx_L，二者之和為fx_i的周期，記為Tx。fx_i的頻率fx為Tx的倒數(shù)：（1）周期測頻法-原理1、三種典型的測頻法如何測量Tx_H和Tx_L？直接測量單個周期的時長借助計數(shù)器，將待測信號fx_i作為計數(shù)器等效使能，測量T_H、T_L的寬度。得到計數(shù)值Ns_H和Ns_l分別為13和14?？梢酝茢嗥漕l率（1）周期測頻法-設(shè)計思路1、三種典型的測頻法因上升沿計數(shù)，脈沖測量高/低電平寬度，左側(cè)（-0，-1），右側(cè)（0，1），合計（-1，+1）（1）周期測頻法-誤差1、三種典型的測頻法那脈沖測量一個待測信號的“高電平和電平合計計數(shù)”誤差呢？（1）周期測頻法-誤差1、三種典型的測頻法重要結(jié)論：因計數(shù)器是上升沿計數(shù)，因此Ns_H、Ns_L的、二者之和的誤差均在(-1,1)，即均為±1。重要結(jié)論：因計數(shù)器是上升沿計數(shù)，因此Ns_H、Ns_L的、二者之和的誤差均在(-1,1)，即均為±1。（1）周期測頻法-誤差1）對于某一固定信號，如何提高測量精度？答：提高本地時鐘頻率2）對于高頻、低頻兩種信號，哪種測量誤差更?。看穑旱皖l信號本地時鐘頻率50MHz待測頻率Ns測得頻率公式測得頻率計算結(jié)果（Hz）絕對誤差（Hz）相對誤差1Hz50M±150MHz/（50M±1）0.999_999_98或1.000_000_020.000_000_020.000_002%1KHz50K±150MHz/（50K±1）999.98或1000.020.020.002%1MHz50±150MHz/（50±1）980392或1020408204082%本地時鐘頻率200MHz待測頻率Ns測得頻率公式測得頻率計算結(jié)果（Hz）絕對誤差（Hz）相對誤差1Hz200M±1200MHz/（200M±1）0.999_999_995或1.000_000_0050.000_000_005%0.000_000_51KHz200_000±1200MHz/（200K±1）999.995或1000.0050.0050.000_5%1MHz200±1200MHz/（200±1）995025或10050255025Hz0.5%1、三種典型的測頻法圖示周期測頻法原理：以計數(shù)器為核心測周期，思路清晰、直觀，。問題是計數(shù)器何時開始計數(shù)、何時停止計數(shù)。（1）周期測頻法-電路設(shè)計1、三種典型的測頻法方案1：高電平計數(shù)器cnt_Ns_H：高電平計數(shù)，低電平清零低電平計數(shù)器cnt_Ns_L：低電平計數(shù)，高電平清零周

期計數(shù)器cnt_Ns：cnt_Ns_H+cnt_Ns_L（1）周期測頻法-電路設(shè)計問題：二者計數(shù)最大值永不能重合。原因：兩個計數(shù)器最大值未能保持（保存）1、三種典型的測頻法方案2：高電平計數(shù)器cnt_Ns_H：高電平計數(shù)，低電平保持低電平計數(shù)器cnt_Ns_L：低電平計數(shù)，高電平保持周

期計數(shù)器cnt_Ns：cnt_Ns_H+cnt_Ns_L（1）周期測頻法-電路設(shè)計問題：二者會逐步累加。原因：兩個計數(shù)器未清零。1、三種典型的測頻法方案3：方案1和方案2的結(jié)合以下是測量高電平描述，低電平相反cnt_Ns_H_t0：高電平加1，低電平清零cnt_Ns_H_t1：高電平時獲取cnt_Ns_H_t0，低電平保持cnt_Ns_H：高電平保持，低電平獲取cnt_Ns_H_t1（1）周期測頻法-電路設(shè)計1、三種典型的測頻法方案4*：以fx_i的上升沿和下降沿為切換依據(jù)（本節(jié)僅略提及）：（1）fx_i上升沿的獲取方法：1）將fx_i經(jīng)過兩級級觸發(fā)器延緩一拍，記為fx_cur，fx__last_r2）如果fx_cur==1&&fx__last_r==0代表上升沿

如果fx_cur==0&&fx__last_r==1代表下降沿（2）設(shè)計一個①緩存計數(shù)器測量高電平；②一個存值計數(shù)器

緩存計數(shù)器：fx_cur下降沿-清零，fx_cur高電平-計數(shù)，fx_cur低電平-保持，

存值計數(shù)器：fx_cur下降沿-存儲緩存計數(shù)器值，fx_cur其余保持

測fx_cur低電平時長道理類似。

（1）周期測頻法-電路設(shè)計1、三種典型的測頻法（2）直接測頻法-原理1、三種典型的測頻法直接測頻法是在設(shè)定的時間T內(nèi)，對被測信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)，二者之比則為其周期。類似于分頻器設(shè)計，本地時鐘clk驅(qū)動計數(shù)器（為加以區(qū)別將該計數(shù)器稱為閘門計數(shù)器）計數(shù)以產(chǎn)生一定寬度高電平和低電平信號的閘門信號，其高電平時間稱為閘門時間，記為T_gate_H。再設(shè)計一個以待測信號為時鐘的計數(shù)器（為加以區(qū)別將該計數(shù)器稱為頻率計數(shù)器），在閘門時間T_gate_H內(nèi)頻率計數(shù)器計數(shù)次數(shù)為Nx，Nx和T_gate_H的比值是待測信號fx_i的頻率的測量值。某段時長內(nèi)待測信號周期數(shù)和周期測頻法誤差類似，因計數(shù)器是上升沿計數(shù)，而時鐘（待測信號fx_i）上升沿相對于T_gate的存在相位差，實際測量計數(shù)值誤差±1。

（Ns是閘門計數(shù)器高電平計數(shù)次數(shù)）（2）直接測頻法-誤差1、三種典型的測頻法（2）直接測頻法-誤差1）對于某一固定信號，如何提高測量精度？答：增加閘門信號寬度2）對于高頻、低頻兩種信號，哪種測量誤差更??？答：高頻信號閘門時間為1s待測頻率Nx測得頻率公式測得頻率結(jié)果絕對誤差（Hz）相對誤差5Hz5±15±15±1Hz±120%5KHz5K±15K±15000±1Hz±10.02%50MHz50M±150_000_000±150_000_000±1Hz±10.000_002%閘門時間為1ms待測頻率Nx測得頻率公式測得頻率結(jié)果絕對誤差（Hz）相對誤差5Hz0（0±1）*10000±1000Hz±1000

5KHz5±1（5±1）*10005000±1000Hz±100020%50MHz50_000±1（50_000±1）*100050_000_000±1000Hz±10000.002%1、三種典型的測頻法參考周期測頻法，使用3個信號中轉(zhuǎn)，已獲得可以更新且穩(wěn)定的計數(shù)值（頻率值）。cnt_fre_t0：高電平加1，低電平清零cnt_fre_t1：高電平時獲取cnt_fre_t0，低電平保持cnt_fre：高電平保持

，低電平獲取cnt_fre_t1

（2）直接測頻法-電路設(shè)計1、三種典型的測頻法周期測頻法適合測量低頻信號,可測占空比。直接測頻法適合測量高頻信號，但測量低頻時誤差極大.

周期測頻法和直接測頻法總結(jié)1、三種典型的測頻法周期測頻法-本地時鐘頻率200MHz待測頻率測得頻率計算結(jié)果（Hz）絕對誤差（Hz）相對誤差1Hz0.999_999_995或1.000_000_0050.000_000_005%0.000_000_51KHz999.995或1000.0050.0050.000_5%1MHz995025或10050255025Hz0.5%直接測頻法閘門時間為1s待測頻率測得頻率結(jié)果（Hz）絕對誤（Hz）相對誤差5Hz5±1Hz±120%5KHz5000±1Hz±10.02%50MHz50_000_000±1Hz±10.000_002%均不滿足任務(wù)要求1KHz以下絕對誤差±0.002Hz，1KHz以上絕對誤差±2Hz（3）等精度測頻法-原理1、三種典型的測頻法直接測頻法--->轉(zhuǎn)嫁誤差----->等精度測頻法思路：產(chǎn)生閘門時間的對象互換。最終的計數(shù)誤差仍是±1，對應(yīng)時長誤差是±1×Tclk直接測頻法計數(shù)誤差±1，對于低頻時，因±1相對較小的頻率計數(shù)比值大，故計算出的誤差極大解決方法：轉(zhuǎn)嫁誤差——將閘門信號內(nèi)的頻率計數(shù)器時鐘變密，以提升頻率計數(shù)器計數(shù)次數(shù)1）對于某一固定信號，如何提高測量精度？答：增加閘門信號寬度、提高本地時鐘頻率閘門時間是fx_i周期整倍數(shù)（3）等精度測頻法-原理1、三種典型的測頻法問題：待測信號周期未知，產(chǎn)生閘門信號時計數(shù)幾次？解決：1）本地時鐘計數(shù)（定時），生成預(yù)設(shè)閘門信號；2）fx_i作為時鐘，同步預(yù)設(shè)閘門信號，生成實際閘門信號（和fx_i周期整倍數(shù)關(guān)系）；3）本地clk和待測fx_i作為時鐘,分別設(shè)計2個計數(shù)器來測量“實際閘門信號”。

4）等比計算。

（3）等精度測頻法-誤差閘門時間約為100ms、本地時鐘50MHz待測頻率NxNs測得頻率公式測得頻率結(jié)果相對誤差1Hz\5M±1\\\10Hz15M±150MHz×1/(5M±1)9.999998或10.0000020.00002%1KHz1005M±150MHz×100/(5M±1)999.9998或1000.00020.00002%1MHz100K5M±150MHz×100K/(5M±1)999999.8或1000000.20.00002%閘門時間約為1s、本地時鐘50MHz待測頻率NxNs測得頻率公式測得頻率結(jié)果誤差1Hz150M±150MHz×1/(50M±1)0.99999998或1.000000020.000002%10Hz1050M±150MHz×10/(50M±1)9.9999998或10.00000020.000002%1KHz1K50M±150MHz×1K/(50M±1)999.99998或1000.000020.000002%1MHz1M50M±150MHz×1M/(50M±1)999999.98或1000000.020.000002%閘門時間約為1s、本地時鐘200MHz待測頻率NxNs測得頻率公式測得頻率結(jié)果誤差1Hz1200M±1200M×1/(200M±1)0.999999995或1.0000000050.0000005%10Hz10200M±1200M×10/(200M±1)9.99999995或10.000000050.0000005%1KHz1K200M±1200M×1K/(200M±1)999.999995或1000.0000050.0000005%1MHz1M200M±1200M×1M/(200M±1)999999.995或1000000.0050.0000005%1、三種典型的測頻法提升測量精度舉措等精度測頻法特點1)精度高；2)頻率范圍廣；3)所有頻率相對誤差一致1)增加閘門信號寬度;2)提高本地時鐘頻率等精度測頻法是直接測頻法的變形。具體設(shè)計方案因等精度測頻法出現(xiàn)過多次“異步信號被同步”；因此，在異步信號的亞穩(wěn)態(tài)及解決方法介紹完后，再介紹實施環(huán)節(jié)。

（3）等精度測頻法-電路設(shè)計1、三種典型的測頻法亞穩(wěn)態(tài)的定義：如果觸發(fā)器的輸入D端信號在觸發(fā)器的Tsu和Th之間（即在觸發(fā)器輸入時鐘上升沿前后極短時間內(nèi)）發(fā)生變化，觸發(fā)器輸出Q端就會出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，表現(xiàn)為：Q在一定時間內(nèi)輸出并非0或者1，而是在0和1之間振蕩。最后大概率穩(wěn)定在0或者1，但也有可能出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)振蕩，穩(wěn)定前的這段時間稱之為決斷時間，記為Tmet，Tmet的時間長短是隨機的，但一般不會超過一個觸發(fā)器時鐘周期。觸發(fā)器固有特性之——①建立時間Tsu;②保持時間h;③輸出延時時間Tcq;均由工藝決定，現(xiàn)代工藝下的三者均是數(shù)倍0.1ns級別，且一般Tcq比Tsu和Th略大?；貞洠椖?知識拓展）2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象以下幾種幾種，Q在第2個上升沿處均發(fā)生了亞穩(wěn)態(tài)。第1種情況：Q經(jīng)過Tmet的振蕩后，最終在下次上升沿穩(wěn)定在0。第2種情況：Q經(jīng)過Tmet的振蕩后，最終在下次上升沿穩(wěn)定在1；第3種情況：Q在下次上升沿Tsu和Th內(nèi)繼續(xù)振蕩，直至下下次上升沿Tsu之前穩(wěn)定在0；第4種情況：Q在下次上升沿Tsu和Th內(nèi)繼續(xù)振蕩，直至下下次上升沿Tsu之前穩(wěn)定在1。其他情況

：Q端的振蕩有可能持續(xù)時間更長，甚至穩(wěn)態(tài)振蕩，但是概率相對極小。亞穩(wěn)態(tài)的振蕩一般不超過2個時鐘周期。注：Q(n)代表第n種情況（1）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象-特征2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象均源于觸發(fā)器的D端的數(shù)據(jù)在建立時間、保持時間時間段內(nèi)變化。（2）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象-出現(xiàn)場景場景1：因組合邏輯延時太大導(dǎo)致送入后級觸發(fā)器D端的y值在建立時間和保持時間段內(nèi)波動進而造成亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。場景2：FPGA外部的異步輸入信號d[x:0]變化沿相對FPGA內(nèi)部的時鐘上升沿相位隨機性而導(dǎo)致不滿足觸發(fā)器的的Tsu和Th。2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象（3）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象-危害2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象當某一個觸發(fā)器發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，導(dǎo)致和該觸發(fā)器串聯(lián)的下一級觸發(fā)器在下一時鐘上升沿采集到的是振蕩的信號，也可能出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，以此類推，再往后的觸發(fā)器也可能出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，從而可能導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)的惡性傳播，最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。同步電路組合邏輯延時過大引起的亞穩(wěn)態(tài)解決方法因組合邏輯延時較大引起的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以通過“①優(yōu)化組合邏輯、②使用多級觸發(fā)器拆解組合邏輯、③降低時鐘頻率”來主動避免。①FPGA編譯本身就會優(yōu)化組合邏輯；②降低時鐘頻率影響系統(tǒng)性能；③多級觸發(fā)器拆解組合邏輯是最常用且有效的手段，其負面影響是整體延時增加一個時鐘節(jié)拍，可以接收。舉例：實現(xiàn)

功能的電路（3）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象-避免2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象異步信號的同步處理-兩級觸發(fā)器對于FPGA外部輸入的異步信號，亞穩(wěn)態(tài)不可主動避免，只能盡可能被動的減小其對系統(tǒng)的危害。兩級觸發(fā)器可以規(guī)避亞穩(wěn)態(tài)對后級電路的影響?？赡軙斐蛇呇靥幠硞€數(shù)據(jù)的1次錯誤判決。（3）亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象-避免2、亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象外部信號fx_i充當“以本地時鐘clk為時鐘的計數(shù)器”使能信號，fx_i相較clk_in屬于異步信號，可使用兩級觸發(fā)器避免亞穩(wěn)態(tài)。（1）周期測頻法電路框架3、周期測頻法操作演示3、周期測頻法操作演示操作步驟：1、代碼設(shè)計；2、仿真；3、測試；操作演示1）預(yù)設(shè)閘門信號對于外部時鐘fx_i而言是異步信號---->需兩級觸發(fā)器。2）實際閘門信號對于本地時鐘clk_in而言是異步信號---->需兩級觸發(fā)器。3）cnt_Ns和cnt_Nx是不同時鐘的結(jié)果，也是異步信號---->具體見代碼。（2）等精度測頻法電路框架4、等精度測頻法操作演示操作步驟：1、代碼設(shè)計；2、仿真；3、測試；4、等精度測頻法操作演示操作演示謝謝大家！6.2正弦信號頻率測量任務(wù)要求測量正弦信號頻率：其峰峰值2~6V，直流偏移-2V~2V，頻率范圍1000Hz~1,000,000Hz1）要求頻率測量絕對誤差±10Hz以內(nèi)。2）數(shù)碼管顯示格式“XXXXXX.”，如“987656.”代表987656Hz。內(nèi)容安排1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案；

1.1）模擬電路

：過零比較器；1.2）模擬電路

：施密特觸發(fā)器；1.3）模數(shù)混合電路：基于FPGA+ADC的等效施密特觸發(fā)器。2、正弦波信號頻率測量（直接測頻法）方案；3、正弦波信號頻率測量（直接測頻法）操作演示6.2正弦信號頻率測量1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案導(dǎo)入正弦波的頻率測量在頻域中可以使用FFT（FastFourierFransform，快速傅里葉變換）從頻域角度進行測量，也可以從更為直觀的時域角度出發(fā)進行測量。1）前者需要具備一定的《信號與系統(tǒng)》基礎(chǔ)，一般先通過ADC器件將正弦波數(shù)字化，再調(diào)用FPGA的FFTIP核進行FFT處理，最終根據(jù)FFT結(jié)果中最大值的橫坐標位置反推信號的頻率，更為適合測量調(diào)制信號或信噪比低的信號。1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案正弦波的頻率測量在頻域中可以使用FFT（fastFouriertransform，快速傅里葉變化）從頻域角度進行測量，也可以從更為直觀的時域角度出發(fā)進行測量。1）前者需要具備一定的《信號與系統(tǒng)》基礎(chǔ)，一般先通過ADC器件將正弦波數(shù)字化，再調(diào)用FPGA的FFTIP核進行FFT處理，最終根據(jù)FFT結(jié)果中最大值的位置反推信號的頻率，更為適合測量調(diào)制信號或信噪比低的信號。2）后者的測量相對更為簡單，只需將正弦信號設(shè)法轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，再利用6.1節(jié)介紹的三種方法中的任意一種進行頻率測量。本節(jié)采取時域方法，1）主要介紹將正弦信號設(shè)法轉(zhuǎn)換為脈沖信號，2）再結(jié)合6.1節(jié)介紹的直接測頻法測量信號頻率的方法。設(shè)計的關(guān)鍵點是將正弦信號設(shè)法轉(zhuǎn)換為脈沖信號。導(dǎo)入（1）比較器模擬電路-數(shù)學(xué)模型1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案過零（電壓）比較器正弦波轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖最經(jīng)典的方法-過零比較器：1)先借助以運算放大器為核心的過零比較器或比較器衍生電路將正弦波轉(zhuǎn)換為方波信號；2）使用模擬調(diào)理電路將方波信號轉(zhuǎn)換為幅值合適的等效數(shù)字脈沖信號；缺陷：即使是標準信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號f1(t)實際轉(zhuǎn)換得到的信號在高低電平切換附近有大量毛刺。原因：運放工作在開環(huán)狀態(tài)，對于噪聲過于敏感。高頻干擾(噪聲)過零比較器改進---->施密特觸發(fā)器（兩個閾值電壓）：特點：輸入信號幅值>V_H_ther則輸出“1”；小于V_L_ther則輸出“0”；否則保持。缺陷1：有很強抗干擾性，但因模擬電路的非理想性等原因，實測仍有少量毛刺，難以消除。缺陷2：若信號幅值/中值變化，還須設(shè)計實時調(diào)節(jié)閾值的相關(guān)電路對施密特觸發(fā)器進行改進。（2）施密特觸發(fā)器模擬電路-數(shù)學(xué)模型1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案低頻干擾幅值數(shù)字化選擇項目5中的3PA9280為核心的8位ADC模塊。1）參照項目5章節(jié)先實時測量信號的動態(tài)最大值V_max和最小值V_min，更新速度設(shè)為300ms左右；2）然后根據(jù)測量得到的最大值V_max和最小值V_min設(shè)定動態(tài)高閾值和低閾值；3）最后設(shè)計比較器電路，當ADC當前采樣值

大于V_H_thre時，比較器電路輸出邏輯1；

小于V_L_thre時，比較器電路輸出邏輯0；

介于二者之間時，比較器電路輸出邏輯值保持不變。（3）基于FPGA+ADC的等效數(shù)字施密特觸發(fā)器-數(shù)學(xué)模型1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案閾值選擇與相對采樣率V_H_thre和V_L_thre應(yīng)分別在中值附近，且二者距離中值的絕對值越大，抗干擾能力越強，但要求采樣率足夠高。不妨先將V_H_thre設(shè)置為V_mid和V_max二者的中值，V_L_thre設(shè)置為V_mid和V_min二者的中值；再結(jié)合采樣率分析。（3）基于FPGA+ADC的等效數(shù)字施密特觸發(fā)器-參數(shù)選擇1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案閾值選擇與相對采樣率V_H_thre設(shè)置為V_mid和V_max二者的中值，V_L_thre設(shè)置為V_mid和V_min二者的中值。正弦波角度值為30°、150°、210°、330°時的正弦值為1/2。任務(wù)要求中待測信號最大頻率為1MHz，若選用項目5章節(jié)介紹的以3PA9280芯片為核心的ADC模塊，該模塊最大工作頻率為32MHz。若FPGA驅(qū)動ADC以32MHz采樣率采樣信號，可以保證頻率在1MHz以下正弦波單周期至少采樣32點，其中高閾值以上、低閾值以下幅度均占單周期相位1/3，可以采樣約10個點，不會出現(xiàn)漏采現(xiàn)象。因此，“V_H_thre設(shè)置為V_mid和V_max二者的中值，V_L_thre設(shè)置為V_mid和V_min二者的中值”，采樣率32MHz是一個比較合理的方案。（3）基于FPGA+ADC的等效數(shù)字施密特觸發(fā)器--參數(shù)選擇1、正弦波轉(zhuǎn)脈沖信號方案任務(wù)要求中，待測正弦信號頻率介于1KHz~1MHz之間，絕對誤差±10Hz以內(nèi)1）周期測頻法

：精度低，特別是信號頻率為1MHz時，且存在除法運算。2）等精度測頻法：因測量精度要求不高，故無法體其優(yōu)越性；且電路復(fù)雜，存在大量乘除運算。3）直接測頻法