eda課程設(shè)計---數(shù)字頻率計

1、<p><b>　　EDA課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目: 數(shù)字頻率計 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　院 系： 電氣學院 </p><p>　　專　　業(yè)： 電子信息工程 </p&

2、gt;<p>　　指導教師： </p><p>　　完成時間: 2012年 6 月5 日</p><p>　　目 錄</p><p>　　1 課程設(shè)計題目、內(nèi)容與要求 ……………………………………</p><p>　　1.1 設(shè)計內(nèi)容……………………………………………………&l

3、t;/p><p>　　1.2 具體要求……………………………………………………</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計 …………………………………………………………</p><p>　　2.1 設(shè)計思路……………………………………………………</p><p>　　2.2 系統(tǒng)原理與設(shè)計說明</p><p>　　3 系統(tǒng)實現(xiàn) ……

4、……………………………………………………</p><p>　　4 系統(tǒng)仿真 …………………………………………………………</p><p>　　5硬件驗證（操作）說明…………………………………………</p><p>　　6總結(jié) ……………………………………………………………</p><p>　　7 參考書目 ………………………………………

5、………………</p><p>　　1 課程設(shè)計題目、內(nèi)容與要求</p><p>　　1.1課程設(shè)計的題目：數(shù)字頻率計設(shè)計</p><p>　　1.2課程設(shè)計內(nèi)容：</p><p>　?。?）設(shè)計一個能測量方波信號的頻率計；</p><p>　?。?）測量范圍是0-999999Hz；</p><p&g

6、t;　?。?）結(jié)果用十進制數(shù)顯示。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路：</b></p><p>　　2.1.1 數(shù)字頻率計是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器.它的基本功能是測量方波信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。本數(shù)字頻率計采用自頂向下的設(shè)計思

7、想，通過閘門提供的1s閘門時間對被測信號進行計數(shù)及測出的被測信號的頻率，測出的頻率再通過譯碼器譯碼后輸出給顯示器顯示。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求，數(shù)字頻率計的電路原理框圖如下：</p><p><b>　　待測輸入信號</b></p><p><b>　　4MHZ時鐘</b></p><p><b>　　4MHZ時鐘&l

8、t;/b></p><p>　　圖1 數(shù)字頻率計電路原理框圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)原理與設(shè)計說明</p><p>　　系統(tǒng)各個模塊的功能如下：</p><p>　　2．2．1標準時鐘發(fā)生電路模塊</p><p>　　借用實驗板上標準時鐘發(fā)生電路，為計數(shù)閘門控制電路提供一個標準8Hz信號。</

9、p><p>　　2．2．2 計數(shù)器閘門控制電路模塊</p><p>　　計數(shù)器閘門控制電路就是產(chǎn)生三個控制信號，即計數(shù)器復位信號、4位十進制計數(shù)器允許計數(shù)信號、鎖存信號。</p><p>　　2.2.3鎖存電路模塊</p><p>　　鎖存電路就是為了讓LED數(shù)碼管在信號來臨之前保持計數(shù)值不變。</p><p>　　2.2

10、.4計數(shù)器復位電路模塊</p><p>　　計數(shù)器復位電路是讓頻率計恢復到計數(shù)初始態(tài)。</p><p>　　2.2.5 LED數(shù)碼管驅(qū)動電路模塊</p><p>　　LED數(shù)碼管驅(qū)動電路就是為LED數(shù)碼管提供驅(qū)動電壓。</p><p><b>　　3系統(tǒng)實現(xiàn)</b></p><p>　　此部分先講

11、各個模塊再講模塊聯(lián)調(diào)的實現(xiàn)。</p><p>　　3.1各部分模塊的源程序</p><p>　　⑴ 模塊 FEN 見圖 1.1 ，通過對 4MHz 時鐘進行分頻以獲得 0.5 Hz 時鐘，為核心模塊 CORNA 提供 1 ｓ 的閘門時間。library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity fen is port(clk:in std_l

12、ogic; q:out std_logic); end fen;   architecture fen_arc of fen is begin process(clk) variable cnt: integer range 0 to 3999999; variable x:std_logic; begin if clk'event and clk='1'then if cnt&l

13、t;3999999 then cnt:=cnt+1; else cnt:=0; x:=not x; end if; end if; q<=x; end process; end fen_arc; ⑵ 模塊 SEL見圖1.2，該模塊產(chǎn)生數(shù)碼管的片選信號。</p><p>　　library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.st

14、d_logic_unsigned.all; entity selx is port(clk:in std_logic; sel:inout std_logic_vector(2 downto 0)); end selx;   architecture sel_arc of sexl is begin process(clk) variable cnt:std_logic_vector(2 downto 0)

15、; begin if clk'event and clk='1'then cnt:=cnt+1; end if; sel<=cnt; end process; end sel_arc; ⑶ 核心模塊 CORNA見圖1.3，該模塊是整個程序的核心，它能在 1 ｓ 的閘門時間里完成對被測信號頻率計數(shù)的功能，并通過選擇輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動換檔的功能。</p><p>　　l

16、ibrary ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity corna is port(clr,sig,door:in std_logic; alm:out std_logic; q3,q2,q1,q0,dang:out std_logic_vector(3 downto 0)); end corna;  

17、 architecture corn_arc of corna is begin process(door,sig) variable c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6:std_logic_vector(3 downto 0); variable x:std_logic; begin if sig'event and sig='1'then if door='1'then

18、if c0<"1001"then c0:=c0+1; else c0:="0000"; if c1<"1001"then c1:=c1+1; else </p><p>　　library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity lock is port(l:in std_lo

19、gic; a4,a3,a2,a1,a0:in std_logic_vector(3 downto 0); q4,q3,q2,q1,q0:out std_logic_vector(3 downto 0)); end lock; architecture lock_arc of lock is begin process(l) variable t4,t3,t2,t1,t0:std_logic_vector(3 downto

20、0); begin if l'event and l='0'then t4:=a4; t3:=a3; t2:=a2; t1:=a1; t0:=a0; end if; q4<=t4; q3<=t3; q2<=t2; q1<=t1; q0<=t0; end process; end lock_arc; ⑸ 模塊 CH見圖1.5，該模塊對應于數(shù)碼管片選信號，

21、將相應通道的數(shù)據(jù)輸出</p><p>　　library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;   entity ch is port(sel:in std_logic_vector(2 downto 0); a3,a2,a1,a0,dang:in std_logic_vector(3 downto 0); q:out std_logic_vector(3 d

22、ownto 0)); end ch;   architecture ch_arc of ch is begin process(sel) begin case sel is when"000"=>q<=a0; when"001"=>q<=a1; when"010"=>q<=a2; when"011&q

23、uot;=>q<=a3; when"111"=>q<=dang; when others=>q<="1111"; end case; end process; end ch_arc; [6]模塊 DISP見圖1.6，該模塊為4線—七段譯碼器。 </p><p>　　library ieee; use ieee.std_log

24、ic_1164.all;   entity disp is port(d:in std_logic_vector(3 downto 0); q:out std_logic_vector(6 downto 0)); end disp;   architecture disp_arc of disp is begin process(d) begin case d is when "00

25、00"=>q<="0111111"; when "0001"=>q<="0000110"; when "0010"=>q<="1011011"; when "0011"=>q<="1001111"; when "0100&q

26、uot;=>q<="1100110"; when "0101"=>q<="1101101"; when "0110"=>q<="1111101"; when "0111"=>q<="0100111"; when "1000"

27、=>q<="1111111"; when "1001"=>q<="110</p><p>　　3.17 整個系統(tǒng)的頂層設(shè)計模塊</p><p>　　該部分講述用元件例化的方法來實現(xiàn)模塊聯(lián)調(diào)</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE I

28、EEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY hql IS</p><p>　　PORT(clr,sig,clk:IN STD_LOGIC;</p><p>　　alm:OUT STD_LOGIC;</p><p>　　q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);</p>

29、;<p>　　sel:INOUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0));</p><p><b>　　END hql;</b></p><p>　　ARCHITECTURE sd OF hql IS</p><p>　　COMPONENT fen</p><p>　　port(clk:

30、in std_logic;</p><p>　　q:out std_logic);</p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　COMPONENT selx</p><p>　　port(clk:in std_logic;</p><p>　　sel:inout std_logic_vecto

31、r(2 downto 0));</p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　COMPONENT corna</p><p>　　port(clr,sig,door:in std_logic;</p><p>　　alm:out std_logic;</p><p>　　q3,q2,q1,q0,

32、dang:out std_logic_vector(3 downto 0));</p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　COMPONENT lock</p><p>　　port(l:in std_logic;</p><p>　　a4,a3,a2,a1,a0:in std_logic_vector(3 down

33、to 0);</p><p>　　q4,q3,q2,q1,q0:out std_logic_vector(3 downto 0)); </p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　COMPONENT ch</p><p>　　port(sel:in std_logic_vector(2 downto 0); <

34、/p><p>　　a3,a2,a1,a0,dang:in std_logic_vector(3 downto 0); </p><p>　　q:out std_logic_vector(3 downto 0));</p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　COMPONENT disp</p><p&

35、gt;　　port(d:in std_logic_vector(3 downto 0); </p><p>　　q:out std_logic_vector(6 downto 0)); </p><p>　　end COMPONENT;</p><p>　　SIGNAL qq:STD_LOGIC;</p><p>　　SIGNAL qq3,

36、qq2,qq1,qq0,qqdang:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL tt4,tt3,tt2,tt1,tt0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p>　　SIGNAL ww:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);</p><p><b>　

37、　BEGIN</b></p><p>　　u1:fen PORT MAP(clk=>clk,q=>qq);</p><p>　　u2:selx PORT MAP(clk=>clk,sel=>sel);</p><p>　　u3:corna PORT MAP(clr=>clr,sig=>sig,door=>qq,a

38、lm=>alm,q3=>qq3,q2=>qq2,q1=>qq1,q0=>qq0,dang=>qqdang);</p><p>　　u4:lock PORT MAP(l=>qq,a4=>qq3,a3=>qq3,a2=>qq2,a1=>qq1,a0=>qqdang,q4=>tt4,q3=>tt3,q2=>tt2,q1=>t

39、t1,q0=>tt0);</p><p>　　u5:ch PORT MAP(sel=>sel,a3=>tt4,a2=>tt3,a1=>tt2,a0=>tt1,dang=>tt0,q=>ww);</p><p>　　u6:disp PORT MAP(d=>ww,q=>q);</p><p><b>

40、　　END sd;</b></p><p>　　本部分講述的是用圖形的方法來實現(xiàn)模塊聯(lián)調(diào)，在Mux plusII中現(xiàn)將編譯好的各模塊生成為圖形（File→creat Default Symbol），再打開新建一個圖形編輯器（File→New→Graphic Editor file）進行圖形拼湊編譯就可以了，最后的圖形如下圖：</p><p><b>　　4 系統(tǒng)仿真&

41、lt;/b></p><p>　　整個系統(tǒng) 的仿真波形如下：</p><p>　　測試信號是頻率為5kHz脈沖時的仿真波形圖</p><p>　　第一次仿真中的換檔情況</p><p>　　測試信號是頻率為25kHz脈沖時的仿真波形圖</p><p>　　測試信號是頻率為250kHz脈沖時的仿真波形</p&

42、gt;<p>　　測試信號是周期為6ms脈沖時的仿真波形圖</p><p><b>　　5硬件驗證說明</b></p><p>　　將下載好程序的主芯片根據(jù)事先定義好的管腳連好線，clk端口用實驗箱的輸出為4MHz的標準時基信號，sig端口接入被測的信號，clr端口連接一個電平開關(guān)，將電平開關(guān)-置高電平，輸出端接好LED顯示器就可以觀察被測信號的頻率了。

43、</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計一個數(shù)字頻率計,雖然老師為我們提供了一些相關(guān)的信息,也給了我們一個實驗設(shè)計的輪廓,但在實際設(shè)計過程中還是遇到了不少的問題。畫流程圖、編寫程序、編譯以及仿真等等，當有不清楚的時候就查一些相關(guān)的資料并向別的同學請教，然后再編再改，直到成功為止。通過自己的努力和同學的幫助完成了這

44、次設(shè)計，但我覺得過程更重要。通過這次的課程設(shè)計，讓我明白了“三人行，必有我?guī)熝伞?，更讓我懂得了，在困難和未知面前，只要我們勇敢地去嘗試，總結(jié)經(jīng)驗，汲取教訓，努力做好每一點，那么我們就會有所收獲。</p><p><b>　　7參考書目</b></p><p>　　[1]《PLD與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》李輝 西安電子科技大學出版社 2005</p><p&g

45、t;　　[2]《集成電路設(shè)計VHDL教程》趙俊超 等著 北京：希望電子出版社2002 </p><p>　　[3]《VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與高層次綜合》林敏 方穎立著北京：電子工業(yè)出版社 2002</p><p>　　[4]《VHDL程序設(shè)計》曾繁泰 陳美金著北京： 清華大學出版社 2001</p><p>　　[5]《VHDL 實用教程》潘松 王國棟著 成都：