2.1 基本要求

1. 频率测量
   1. 测量范围
      1. 信号：方波、正弦波
      2. 幅度：0.5-5V
      3. 频率：1Hz - 1MHz
   2. 测量误差：《0.1%
2. 周期测量
   1. 测量范围
      • 信号：方波、正弦波
      • 幅度：0.5-5V
      • 频率：1Hz - 1MHz
   2. 测量误差：《0.1%
3. 脉冲宽度测量
   1. 测量范围：
      1. 信号：脉冲波
      2. 幅度：0.5-5V
      3. 脉冲宽度:> 100us
   2. 测量误差：《1%
4. 显示器：10进制数字显示，显示刷新时间1-10s连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示
5. 具有自校功能，时标信号频率为1MHz
6. 自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源

2.2 发挥部分

1. 扩展频率测量范围为0.1Hz - 10MHz（信号幅度0.5-5V）， 测试误差降低为0.01%（最大闸门时间《10s）
2. 测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5-5V，频率1Hz - 1KHz）的占空比。占空比变化范围为10%-90%，测试误差《1%
3. 在1Hz-1MHz范围内及测试误差《0.1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施

设计并制作一台闸门时间为1s的数字频率计

2.1 基本要求

1. 频率和周期测量功能
   1. 被测信号为正弦波，频率范围为1Hz ～ 10MHz
   2. 被测信号有效值电压范围为50mV - 1V
   3. 测量相对误差的绝对值不大于10-4
2. 时间间隔测量功能
   1. 被测信号为方波，频率范围为100Hz-1MHz
   2. 被测信号峰峰值电压为50mV - 1V
   3. 被测时间间隔的范围为0.1us - 100ms
   4. 测量相对误差的绝对值不小于10-2
3. 测量数据刷新时间不大于2s，测量结果稳定，并能够自动显示单位

2.2 发挥部分

1. 频率和周期测量的正弦波信号频率范围为1H ～ 100MHz，其它要求同基本要求（1）和（3）
2. 频率和周期测量时被测正弦信号的最小有效值电压为10mV， 其它要求同基本要求（1）和（3）
3. 增加脉冲信号占空比的测量功能，要求：
   1. 被测信号为矩形波，频率范围为1Hz ～ 5MHz
   2. 被测信号峰峰值电压范围为50mV ～ 1V
   3. 被测脉冲信号占空比范围为10% ～ 90%
   4. 显示的分辨率为0.1%， 测量相对误差的绝对值不大于10-2
4. 其它（例如，进一步降低被测信号电压电压的幅度等）

本设计基于 step-max0-08sam核心板 和 training功能板 平台，测量模拟信号调理后的脉冲信号 fxa 的频率、周期、占空比、以及 fxa 和 fxb 信号的相位差。整体RTL图如下所示

设计只包含数字部分，系统主要由4个模块组成：

• 频率采样测量
• 频率数据运算
• BCD转码实现
• OLED显示实现

1. 频率采样测量 频率采样测量主要分为三种方法，直接测频法、周期测频法、等精度测频法。

直接测频法：是给定一个闸门时间 Tgate 在此时间内对被测信号Tx计数Nx，Nx量化误差| dNx |⇐1。因此有Tgate = NxTx 即： Fx = Nx / Tgate Nx越大相对误差越小，也就是说对同一被测信号，闸门时间越长，相对误差越小。

周期测频法：是在被测信号的一个周期时间Tx内，对标准信号Ts 脉冲进行计数，计数结果Ns,Ns 量化误差| dNs | ⇐1。 因此有Tx =NsT s 即: Fx = Fs / Ns代码 其中 Fx 与 Fs 分别对应被测信号和标准信号的频率。在实际计算测量中一般不考虑标准信号 Fs 的误差。Ns 越大相对误差越小，也就是说对同一被测信号选择频率越高的标准信号相对误差越小

等精度测频法：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，误差仅存在于时钟计数的±1误差，对于输入信号计数不存在误差。前两种方案在其测量范围内可以达到精度要求，但等精度测频法与前两种的不同之处在于其在测量范围内的精度是固定的，精度足够，而且可以满足测量范围，不用切换。 闸门时间内，对 被测信号 和 标准信号 同时计数，标准信号频率为 Fs，计数为 Ns，被测信号计数 Nx，频率为 Fx，因此有 Ns / Fs = Nx /Fx。 Fx = Fs * Nx / Ns

通过对比，最终选择等精度测频法。

占空比测量在等精度测量的基础上，测量闸门时间内，使用标准信号对被测信号为高电平状态时间计数，占空比结果等于 Nduty * 100% / Ns