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毕业设计
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DZ274 VHDL电路设计,毕业设计
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湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -1 -页 摘 要 随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中EDA 技术的含量正以惊人的速度上升；电子类的高新技术项目的开发也逾益依赖于 EDA 技术的应用。即使是普通的电子产品的开发 EDA 技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破从而使产品的开发周期大为收缩、性能价格比大幅提高。不言而喻 EDA 技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。 100Hz 频率计数器 的 主要功能是在一定时间内对频率的计算。 在数字系统中，计数 器可以统计输入脉冲的个数，实现计时、计数、分频、定时、产生节拍脉冲 和序列脉冲。而 本篇论文主要介绍了频率计数器的实现 :系统以 MAX+PULSLL II为开发环境，通过 VHDL语言作为硬件描述语言实现对电路结构的描述。在 VHDL语言中采用了一系列的语句 ,例如 :if 语句 、 case 语句 、 loop 语句等。这些语句对程序中的输入输出端口进行了解释 ,并 给出实现代码和仿真波形。 相关的一些关键词： 100Hz；分频 ； 计数； MAX+PULSLL II； VHDL； 编译； 仿真 等。 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -2 -页 前 言 VHDL 是超高速集成电路硬件描述语言（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）的缩写在美国国防部的支持下于 1985 年正式推出是目前标准化程度最高的硬件描述语言。 IEEE（ The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于 1987 年将 VHDL 采纳为 IEEE1076 标准。 它 经过十几年的发展、应用和完善以其强大的系统描述能力、规范的程序设计结构、灵活的语言表达风格和多层次的 仿真测试手段在电子设计领域受到了普遍的认同和广泛的接受成为现代 EDA 领域的首选硬件描述语言。目前流行的 EDA 工具软件全部支持 VHDL 它在 EDA 领域的学术交流、电子设计的存档、专用集成电路（ ASIC）设计等方面担任着不可缺少的角色。 数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件（ CPLD）的广泛应用，以 EDA 工具作为开发手段，运用 VHDL 语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。 本文用 VHDL 在 CPLD 器件上实现一种 2b 数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，不仅能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -3 -页 目 录 摘要 1 前言 2 目录 3 第一章 设计目的 5 1.1设计要求 5 1.2设计意义 5 第二章 设计方案 6 第三章 产生子模块 7 3.1 分频模块 7 3.2 分频模块源代码 8 3.3 仿真及波形图 9 第四章 计数模块 9 4.1计数模块分析 9 4.2计数模块源代码 10 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -4 -页 4.3 计数模块的仿真及波形图 12 第五章 显示模块 12 5.1 七段数码管的描述 13 5.2 八进制计数器 count8 的描述 14 5.3 七段显示译码电路 的描述 15 5.4 计数位选择电路的描述 16 5.5总体功能描述 18 5.6显示模块的仿真及波形图 19 第六章 顶层文件 20 6.1 顶层文件设计源程序 20 6.2 顶层文件的仿真及波形图 21 结语 22 参考文献 23 致谢 24 附件 25 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -5 -页 第一章 设计目的 1.1 设计要求 a.获得稳定 100Hz 频率 b.用数码管的显示 c.用 VHDL 写出设计整个程序 1.2 设计意义 a.进一步学习 VHDL 硬件描述语言的编程方法和步骤。 b.运用 VHDL 硬件描述语言实现对电子元器件的功能控制 c.熟悉并掌握元件例化语句的使用方法 d.熟悉数字式频率的基本工作原理。 e.熟悉数字频率计中计数显示设计 f.熟悉掌握 MAX+PLUS软件的基本使用方法。 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -6 -页 第二章 设计方案 此系统正常工作时，脉冲发生器提供的 1 Hz 的输入信号，信号的变换，产生计数信号，被测信号通过信号整形电路产生 同频率的矩形波，送入计数模块，计数模块对输入的矩形波进行计数，将计数结果送入锁存器中，保证系统可以稳定显示数据，显示译码驱动电路将二进制表示的计数结果转换成相应的能够在七段数码显示管上可以显示的十进制结果。在数码显示管上可以看到计数结果。 在这个 100HZ 频率计的设计中一共分为 3 大模块：产生子模块、计数模块、显示模块。 产生子模块是为此 100 赫兹频率计提供 1Hz 的时钟脉冲信号，为了实现严格的同步，在这个模块中采用了同步计数电路。 计数模块是实现从 0 到 99 的计数。 显示模块是将计数模块程序中产生的数值 通过 2 个七段数码管表达出来，使大家对此频率计有一个更直观的认识。 此 100HZ 频率计的设计中，这 3 个大的模块是核心部分，这个 3 个大的模块会在后面的分析设计中给出详细的介绍。 频率计的工作原理是通过在一定时间内对外部信号进行计数 ,计数值与 时间的比值，从而得到输入信号的频率，通过二个数码管作为频率值的输出。对系统进行分析后，确定采用模块设计，基本框架图如 图 1 CLK 计数系统 显示系统 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -7 -页 第三章 产生子模块 3.1 分频模块 分频模块的功能是将输入的外部信号 clk进行分频 ,分频成计数器所需要的计数信号 , 使计数器在计数信号有效的时间对外部信号进行计数。根据频率计测量的范围，确定了分频至 1Hz，从而得到频率值 . 图 2 555 定时器 (如图 2)是一种模拟电路与数字电路相结合的中规模集成电路，它在信号产生、整形、延时（定时）、控制等方面获得了广泛的应用。虽说 555 定时器应用领域十分广泛，但其电路结构归纳起来有三种基本形式，即多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器 由于双极型 555 和 CMOS 型 555 的制作工艺和流程不同，生产出的555 集成电路的性能指标是有差异的。 CMOS 型 555 的功耗仅为双极型的几十分之一，静态电流仅为 300uA 左右，为微功耗电路。 CMOS 型 555 的输出脉冲的上升沿和下降沿比双极型的要陡，转换时间短。 CMOS 型 555 的在传输过度时间里产生的尖峰电流小，仅为 2-3mA，而双极型 555 的尖峰电流高达 300-400mA。 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -8 -页 3.2 分频程序如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY clk_div1000 IS PORT(clk:IN STD_LOGIC; clk_div:out STD_LOGIC); END clk_div1000; ARCHITECTURE rt1 OF clk_div1000 IS SIGNAL q_tmp:integer range 0 to 999; BEGIN process(clk) begin IF(clkevent and clk=1)then if(q_tmp=999)then q_tmp0); else sel_tmpsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentsegmentqqqchoosechoosechoosechoosechoosechoosechoosechoosechoose.清华大学出版社 2.欧阳星明 .华中科技大学出版社 3. 辛春艳 . 国防工业出版社 . 4.谭会生 .瞿遂春 .西安电子科技大学出版社 5.谭会生 .张昌凡 . .西安电子科技大学出版社 6.冯涛 .王程 .人民邮电出版社 7.卢毅 .赖杰 .科学出版社 8.潘松 .黄继业 科学出版社 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -24 -页 致 谢 非常感谢 指导老 师 戴润 良， 特别是他 那 严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、 学 习中的榜样，还有 他 那 循循善诱的教导和不拘 一格的思路给予我无尽的启迪。 同时也 感谢 胡冰清、庞雪蓉 等同学对我的帮助和指点。 在论文即将完成之际，些时的心情是异常地激动 ，从开始进入课题到论文的 顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的 谢意！ nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -25 -页 附件 HK VI 系统结构图信号名与芯片引脚对照表 硬件 资源 EPM1K30 引脚序号 元件引脚 电路使用说明 LED 数码 显示 A 144 该部分电路为固定电 路。 使用 LED 数码显示时请 按照器件引脚 分配后再 下载到芯片中。 B 8 C 9 D 10 E 12 F 13 G 17 DP 74LS138 S1 101 S2 102 S3 117 频 率 源 CLK1 55 使用时将相应短跳针 短路即可。 CLK2 56 CLK3 119 CLK4 24 CLK5 125 开 关 SW1 32 该部分电路为可选用电 路，使用时请把 JP103 的短路帽 SW2 33 SW3 36 nts湖北工业大学毕业设计（论文）说明书 第 -26 -页 1 SW4
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