基于FPGA数字频率计的设计

草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼本科生学年论文（课程设计）草鱼草鱼题目PORK基于FPGA数字频率计的设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼学草鱼草鱼草鱼草鱼院草鱼草鱼学科门类草鱼草鱼专草鱼草鱼草鱼草鱼业草鱼草鱼学草鱼草鱼草鱼草鱼号草鱼草鱼姓草鱼草鱼草鱼草鱼名草鱼草鱼指导教师草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼2012年10月20日草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA数字频率计的设计草鱼草鱼摘草鱼草鱼草鱼草鱼要草鱼草鱼草鱼草鱼频率计基于电子设计技术，鲤鱼实现了在一片现场可编程门阵列上的数字频率计的设计，鲤鱼也是计算机、PORK通讯设备、PORK音频视频等科研生产领域可缺少的测量仪器。草鱼本文主要介绍一种以FPGA为核心，鲤鱼基于硬件描述语言VHDL的数字频率计设计与实现,并在EDA电子设计自动化工具的帮助下，鲤鱼用大规模可编程逻辑器件FPGA/CPLD实现数字频率计的设计原理及相关程序。草鱼特点是PORK无论底层还是顶层文件均用VHDL语言编写，鲤鱼避免了用电路图形式设计时所引起的毛刺现象；PORK改变了以往数字电路小规模多器件组合的设计方法，鲤鱼整个频率计设计在一块FPGA/CPLD芯片上，鲤鱼与用其他方法做成的频率计相比，鲤鱼体积更小，鲤鱼性能更可靠。草鱼本论文主要讲述了使用FPGA实现的数字频率计，鲤鱼它采用VHDL语言编程，鲤鱼用MAX草鱼PLUSII集成开发环境进行波形仿真，鲤鱼编译，鲤鱼并下载到FPGA中。草鱼正是因为数字频率计的应用是如此的广泛，鲤鱼才使得它的作用是如此的重要，鲤鱼所以更应该去关注和研究1。草鱼草鱼草鱼关键词PORKFPGA；PORK频率计；PORK集成电路；PORK电子设计自动化草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼装订线河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼THE草鱼DESIGN草鱼OF草鱼DIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼BASED草鱼ON草鱼THE草鱼FPGA草鱼草鱼ABSTRACT草鱼草鱼DIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼BASED草鱼ON草鱼EDA草鱼TECHNIQUE草鱼IS草鱼PRESENTED,草鱼WHICH草鱼IS草鱼REALIZED草鱼IN草鱼FPGA，鲤鱼IT草鱼IS草鱼THE草鱼INDISPENSABLE草鱼MEASURE草鱼INSTRUMENT草鱼OF草鱼THE草鱼COMPUTER,草鱼COMMUNICATION草鱼EQUIPMENT,草鱼AUDIO草鱼VIDEO草鱼,THE草鱼SCIENTIFIC草鱼RESEARCH草鱼AND草鱼PRODUCTION草鱼FIELD草鱼THIS草鱼PAPER草鱼MAINLY草鱼INTRODUCES草鱼A草鱼KIND草鱼OF草鱼DIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼,WHICH草鱼CORE草鱼STRATEGY草鱼IS草鱼FIELD草鱼PROGRAMMABLE草鱼GATE草鱼ARRAY草鱼AND草鱼IS草鱼BASED草鱼ON草鱼VHDL草鱼AT草鱼THE草鱼HELP草鱼OF草鱼EDA草鱼,IT草鱼REALIZES草鱼THE草鱼GOAL草鱼OF草鱼DESIGN草鱼PRINCIPLE草鱼AND草鱼RELATIVE草鱼PROGRAM草鱼BY草鱼FPGA草鱼OR草鱼CPLD草鱼ITS草鱼CHARACTERISTIC草鱼IS草鱼THAT草鱼NO草鱼MATTER草鱼THE草鱼UNDERLYING草鱼FILE草鱼NOR草鱼TOPLEVEL草鱼FILE草鱼ARE草鱼WRITTEN草鱼BY草鱼THE草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼THIS草鱼PROCESS草鱼CAN草鱼AVOID草鱼THE草鱼PHENOMENON草鱼CAUSED草鱼BY草鱼CIRCUIT草鱼DIAGRAM草鱼FORMS草鱼DESIGNATION草鱼IT草鱼ALSO草鱼CHANGE草鱼THE草鱼DESIGN草鱼METHOD草鱼OF草鱼PREVIOUS草鱼DIGITAL草鱼CIRCUIT草鱼THE草鱼WHOLE草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼IS草鱼DESIGNED草鱼IN草鱼A草鱼PIECE草鱼OF草鱼FPGA草鱼OR草鱼CPLD草鱼CHIP草鱼COMPARED草鱼WITH草鱼OTHER草鱼METHODS草鱼OF草鱼MAKING草鱼THE草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼,IT草鱼IS草鱼SMALLER草鱼AND草鱼MORE草鱼RELIABLE草鱼THIS草鱼PAPER草鱼IS草鱼FOCUSES草鱼ON草鱼THE草鱼USE草鱼OF草鱼FPGA草鱼TO草鱼ACHIEVE草鱼THE草鱼DIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼,IT草鱼USE草鱼VHDL草鱼LANGUAGE草鱼PROGRAMMING草鱼,USES草鱼THE草鱼SIMULATION草鱼WAVEFORM草鱼MAX草鱼PLUS草鱼II草鱼INTEGRATED草鱼DEVELOPMENT草鱼ENVIRONMENT草鱼COMPILER,草鱼AND草鱼DOWNLOADED草鱼TO草鱼THE草鱼FPGA。草鱼BECAUSE草鱼OF草鱼THE草鱼FUNCTION草鱼OF草鱼DIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER草鱼IS草鱼SO草鱼IMPORTANT草鱼,ITS草鱼APPLICATION草鱼IS草鱼SO草鱼WIDELY草鱼AND草鱼WE草鱼SHOULD草鱼TO草鱼PAY草鱼ATTENTION草鱼TO草鱼AND草鱼RESEARCH草鱼草鱼KEY草鱼WORDS草鱼FPGA；PORKDIGITAL草鱼FREQUENCY草鱼METER；PORKIC；PORKEDA草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼目录草鱼草鱼1绪论1草鱼2对FPGA数字频率计的制作规划2草鱼21设计的目的2草鱼22数字频率计的基本原理2草鱼3系统硬件电路的设河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）计3草鱼31设计要求3草鱼32各部分的功能及实现方法3草鱼4软件设计6草鱼41设计要求6草鱼42模块及模块的功能6草鱼5频率计的验证仿真13草鱼6总结14草鱼参考文献15草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）11草鱼草鱼草鱼草鱼绪论草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼当今数字频率计不仅是作为电压表、PORK计算机、PORK天线电广播通讯设备、PORK工艺工程自动化装置。草鱼多种仪表仪器与家庭电器等许多电子产品中的数据信息输出显示器反映到人们眼帘。草鱼集成数字频率计由于所用元件投资体积小、PORK功耗低，鲤鱼且可靠性高，鲤鱼功能强，鲤鱼易于设计和研发，鲤鱼使得它具有技术上的实用性和应用的广泛性。草鱼在许多领域中广泛应用的嵌入式计算系统经常不被器件的使用者所识别，鲤鱼但在各种常用的电子器件中能够找到这些嵌入式系统。草鱼从系统对上市时间的要求、PORK可编程的特性以及集成度等方面考虑，鲤鱼以可编程门阵（FPGA来实现可配置的嵌入式系统已越来越广泛2。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼数字频率计是一种基础测量仪器，鲤鱼到目前为止已有30多年的历史，鲤鱼早起设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，鲤鱼再加上提高测量的精度、PORK稳定度等，鲤鱼这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，鲤鱼决定数字频率计价格高低的主要依据。草鱼目前这些基本技术日益完善，鲤鱼成熟。草鱼应用现代技术可以轻松的将数字频率计的测频上限扩展到微波频段。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）22草鱼草鱼草鱼草鱼对FPGA数字频率计的制作规划草鱼21草鱼草鱼设计的目的草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼掌握VHDL语言的基本结构及编程思想，鲤鱼掌握数字频率计的工作原理，鲤鱼掌握数字频率计的VHDL语言编程方法。草鱼草鱼22草鱼草鱼数字频率计的基本原理草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。草鱼频率是单位时间（草鱼1S草鱼）内信号发生周期变化的次数。草鱼如果我们能在给定的草鱼1S草鱼时间内对信号波形计数，鲤鱼并将计数结果显示出来，鲤鱼就能读取被测信号的频率。草鱼数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，鲤鱼同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，鲤鱼然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，鲤鱼将其换算后显示出来3。草鱼这就是数字频率计的基本原理。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼3草鱼草鱼草鱼草鱼系统硬件电路的设计草鱼31草鱼草鱼设计要求草鱼设计并制作出一种数字频率计，鲤鱼其技术指标如下PORK草鱼草鱼（1）频率测量范围PORK草鱼10草鱼草鱼9999HZ草鱼。草鱼草鱼草鱼（2）输入电压幅度草鱼300MV草鱼。草鱼草鱼草鱼（3）输入信号波形PORK任意周期信号。草鱼草鱼草鱼（4）显示位数PORK草鱼4草鱼位。草鱼草鱼草鱼草鱼（5）电源PORK草鱼220V草鱼、PORK草鱼50HZ草鱼32草鱼草鱼各部分的功能及实现方法草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（1）电源与整流稳压电路草鱼草鱼框图中的电源采用草鱼50HZ草鱼的交流市电。草鱼市电被降压、PORK整流、PORK稳压后为整个系统提供直流电源。草鱼系统对电源的要求不高，鲤鱼可以采用串联式稳压电源电路来实现。草鱼草鱼草鱼（2）全波整流与波形整形电路草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）3本频率计采用市电频率作为标准频率，鲤鱼以获得稳定的基准时间。草鱼按国家标准，鲤鱼市电的频率漂移不能超过草鱼05HZ草鱼，鲤鱼即在草鱼1草鱼的范围内。草鱼用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。草鱼全波整流电路首先对草鱼50HZ草鱼交流市电进行全波整流，鲤鱼得到如图31所示草鱼100HZ的全波整流波形。草鱼波形整形电路对草鱼100HZ草鱼信号进行整形，鲤鱼使之成为如图32所示草鱼100HZ草鱼的矩形波。草鱼波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，鲤鱼也可采用施密特触发器进行整形。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼图31草鱼草鱼草鱼草鱼数字频率计框图草鱼草鱼草鱼草鱼图32草鱼草鱼草鱼草鱼全波整流与波形整形电路的输出波形草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（3）分频器草鱼草鱼分频器的作用是为了获得草鱼1S草鱼的标准时间。草鱼电路首先对图1所示的草鱼100HZ草鱼信号进行草鱼100草鱼分频得到如图33A所示周期为草鱼1S草鱼的脉冲信号。草鱼然后再进行二分频得到如图草鱼33草鱼B所示占空比为草鱼50草鱼脉冲宽度为草鱼1S草鱼的方波信号，鲤鱼由此获得测量频率的基准时间。草鱼利用此信号去打开与关闭控制门，鲤鱼可以获得在草鱼1S草鱼时间内通过控制门的被测脉冲的数目。草鱼分频器可以由计数器通过计数获得。草鱼二分频可以采用触发器来实现。草鱼草鱼草鱼图33草鱼草鱼草鱼草鱼分频器的输出波形草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）4草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（4）信号放大、PORK波形整形电路草鱼草鱼为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，鲤鱼必须对被测信号进行放大与整形处理，鲤鱼使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。草鱼信号放大与波形整形电路的作用即在于此。草鱼信号放大可以采用一般的运算放大电路，鲤鱼波形整形可以采用施密特触发器。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（5）控制门草鱼草鱼控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。草鱼它的一个输入端接标准秒信号，鲤鱼一个输入端接被测脉冲。草鱼控制门可以用与门或或门来实现。草鱼当采用与门时，鲤鱼秒信号为正时进行计数，鲤鱼当采用或门时，鲤鱼秒信号为负时进行计数4。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（6）计数器草鱼草鱼计数器的作用是对输入脉冲计数。草鱼根据设计要求，鲤鱼最高测量频率为草鱼9999HZ草鱼，鲤鱼应采用草鱼4草鱼位十进制计数器。草鱼可以选用现成的草鱼10草鱼进制集成计数器。草鱼草鱼草鱼锁存器草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼在确定的时间（草鱼1S草鱼）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显示值。草鱼锁存器的作用是通过触发脉冲控制，鲤鱼将测得的数据寄存起来，鲤鱼送显示译码器。草鱼锁存器可以采用一般的草鱼8草鱼位并行输入寄存器，鲤鱼为使数据稳定，鲤鱼最好采用边沿触发方式的器件。草鱼草鱼草鱼（8）显示译码器与数码管草鱼草鱼显示译码器的作用是把用草鱼BCD草鱼码表示的草鱼10草鱼进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，鲤鱼以获得数字显示。草鱼草鱼选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。草鱼草鱼对草鱼100HZ草鱼全波整流输出信号的分频采用草鱼7草鱼位二进制计数器草鱼74HC4024草鱼组成草鱼100草鱼进制计数器来实现。草鱼计数脉冲下降沿有效。草鱼在草鱼74HC4024草鱼的草鱼Q7草鱼、PORK草鱼Q6草鱼、PORK草鱼Q3草鱼端通过与门加入反馈清零信号，鲤鱼当计数器输出为二进制数草鱼1100100草鱼（十进制数为草鱼100草鱼）时，鲤鱼计数器异步清零。草鱼实现草鱼100草鱼进制计数。草鱼为了获得稳定的分频输出，鲤鱼清零信号与输入脉冲“与”后再清零，鲤鱼使分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时保持一段时间（草鱼10MS草鱼）为高电平3。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）5草鱼草鱼草鱼4草鱼草鱼草鱼草鱼软件设计草鱼41草鱼草鱼设计要求草鱼频率计共分四档PORK草鱼一档PORK草鱼0草鱼草鱼9999HZ草鱼；PORK草鱼二档PORK草鱼10草鱼草鱼9999KHZ草鱼；PORK草鱼三档PORK草鱼1000草鱼草鱼9999KHZ草鱼；PORK草鱼四档PORK草鱼1000草鱼草鱼9999MHZ草鱼；PORK在此频率计的换档程序设计中，鲤鱼突破了以往常用的改变闸门时间的方法，鲤鱼使自动换档的实现简单可靠。草鱼总体框图如图41和42所示（由于图太大，鲤鱼将图片分割成上下两图，鲤鱼对应编号连线即可）。草鱼草鱼草鱼图41草鱼草鱼草鱼草鱼总体框图草鱼草鱼草鱼图42草鱼草鱼草鱼草鱼总体框图草鱼草鱼42草鱼草鱼模块及模块的功能草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼1模块草鱼FEN草鱼见图草鱼43，鲤鱼通过对草鱼4MHZ草鱼时钟进行分频以获得草鱼05草鱼HZ草鱼时钟，鲤鱼为核心模块草鱼CORNA草鱼提供草鱼1草鱼草鱼的闸门时间5。草鱼程序如下PORK草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）6LIBRARY草鱼IEEEPORK草鱼USE草鱼IEEESTD_LOGIC_1164ALLPORK草鱼ENTITY草鱼FEN草鱼IS草鱼PORTCLKIN草鱼STD_LOGICPORK草鱼QOUT草鱼STD_LOGICPORK草鱼END草鱼FENPORK草鱼草鱼ARCHITECTURE草鱼FEN_ARC草鱼OF草鱼FEN草鱼IS草鱼BEGIN草鱼PROCESSCLK草鱼VARIABLE草鱼CNT草鱼INTEGER草鱼RANGE草鱼0草鱼TO草鱼3999999PORK草鱼VARIABLE草鱼XSTD_LOGICPORK草鱼VARIABLE草鱼XSTD_LOGICPORK草鱼BEGIN草鱼IF草鱼CLKEVENT草鱼AND草鱼CLK1THEN草鱼IF草鱼CNTQQQQQQQQQQQQQQQQQ“0000000“PORK草鱼END草鱼CASEPORK草鱼END草鱼PROCESSPORK草鱼END草鱼DISP_ARCPORK草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）125草鱼草鱼草鱼草鱼频率计的验证仿真草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼此频率计的VHDL设计在QUARTUS草鱼II开发平台下进行了编译和仿真，鲤鱼它是在CLK0输入10草鱼MHZ方波，鲤鱼CLKX输入周期为156MS频率为641KHZ草鱼方波，鲤鱼分频系数C0取15000时的仿真波形7。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼河北大学2013届本科生学年论文（课程设计）136草鱼草鱼草鱼草鱼总结草鱼这次课程设计是一次难得的动手锻炼机会，鲤鱼设计课题也有很高的自由度，鲤鱼通过这次实践，鲤鱼我了解了FPGA数字频率计的用途及工作原理，鲤鱼熟悉了FPGA数字频率计的设计步骤，鲤鱼锻炼了电子设计实践能力，鲤鱼培养了自己独立设计能力。草鱼我运用到了以前所学的专业知识，鲤鱼如EDA，鲤鱼模拟电路，鲤鱼数字电路等等，鲤鱼虽然过去没有独立应用过它们，鲤鱼但是经过这次设计，鲤鱼我把所学的系统的应用到了一起，鲤鱼其次这次设计让我感触最深的就是查阅了很多资料，鲤鱼为了使我的设计更加完善，鲤鱼查阅资料是必不可少的。草鱼不过在这个过程中，鲤鱼我也暴露了自己的很多不足，鲤鱼对有些程序不能完全理解等等。草鱼马上就要毕业了，鲤鱼希望在以后的工作中能更好的