宽频带高精度频率测量系统的设计与实现

摘要

时间频率具有最高的准确度和稳定度，对时间频率的高精度测量和分析，是其他物理量精密测量的基础。时间频率的测量是现代电子测量技术中最基本、最重要的测量之一，为了提高频率测量精度，国内外的学者们进行了大量的研究和实验，频率测量技术取得了很大的成就。针对不同的频率范围及应用条件，采用不同的频率测量方法，能够在一定程度上提高频率测量精度，但是在工业应用方面，缺少测量频响快、分辨率高、结构简单、体积小的能兼顾低频和高频信号的高精度频率测量方法。本课题通过对现有频率测量方法进行研究，设计了一种针对实时性要求较高的基于频率输出的传感器的频率测量系统，测量频带宽、测量精度高、适用于工业推广。
　　频率测量系统基于FPGA（现场可编程门阵列）、DDS（直接数字频率合成技术）、PLL（锁相环频率合成技术）和ARM Cortex-M3内核单片机STM32，在FPGA片内构建脉冲计数模块、PLL分频模块和混频模块，STM32单片机进行数据处理和液晶显示，并将测量结果上传给LabWindos CVI编写的上位机平台。系统通过DDS产生参考频率信号，将输入待测信号和参考信号差拍后的频差信号经由PLL倍频，再对其进行脉冲计数，实现了系统测量精度的提高。系统能够对50kHz~1MHz频率信号进行测量，测试速度优于1Hz，测量分辨率优于0.01Hz，测量频带宽、精度高，适用于高精度、小频率增量信号的频率测量。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景与研究目的及意义

1.2 频率测量技术的国内外发展现状

1.3 课题主要内容及论文结构安排

第2章 频率测量系统的总体方案设计

2.1 频率测量的基本知识

2.2 频率测量系统的设计目标

2.3 频率测量系统总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 频率测量系统的硬件设计与实现

3.1 系统控制模块的设计与实现

3.2 频率测量模块的设计和实现

3.3 通信模块的设计与实现

3.4 显示模块的设计与实现

3.5 电源模块的设计与实现

3.6 本章小结

第4章 频率测量系统的软件设计与实现

4.1 频率测量系统控制程序设计

4.2 频率测量系统测频程序设计

4.3 频率测量系统上位机程序设计

4.4 本章小结

第5章 系统测试及结果分析

5.1 系统调试过程

5.2 系统各模块测试结果及分析

5.3 系统分辨率分析

5.4 系统准确度与稳定度测试及分析

5.5 不同测量速度测试及分析

5.6 测量误差分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

致谢