基于FPGA的计数器的程序的设计方案
基于FPGA的定时器计数器的设计与实现
基于FPGA的定时器/计数器的设计与实现摘要本课题旨在用EDA工具与硬件描述语言设计一个基于Altera公司的FPGA 16位计数器\定时器，可对连续和非连续脉冲进行计数，并且计数器在具有计数定时功能基础上，实现简单脉宽调制功能和捕获比较功能。
本设计采用QuartusII编译开发工具使用VerilogHDL 设计语言进行设计，并采用了由上而下的设计方法对计数器进行设计，体现了VerilogHDL 在系统级设计上自上而下设计风格的优点。
本设计中采用了三总线的设计方案，使设计更加简洁与规范。
本设计所有模块与功能均在Quartus II 7.0_1.4G_Liwz版本下通过编译与仿真，实现了定时器/计数器的设计功能。
关键词：VerilogHDL硬件描述语言；QuartusII；FPGA；定时器/计数器FPGA-based timer / counter design and implementationThis topic aims to use EDA tools to design a 16 bit counter \ timer based on Altera's FPGA by hardware descripe language, which can count continuous and discontinuous pulset, and the counter with the function of capture and PWM. This design uses VerilogHDL language and top-down design method to design the counter on QuartusII compile tool, the design reflect the advantages of VerilogHDL top-down design in system-level design. The design uses a three-bus design, which make design much more specifications and concise. The design and function of all modules are compiled and simulationed on the Quartus II 7.0_1.4G_Liwz versions, and achieve the timer / counter’s features.Key words: VerilogHDL hardware description language; QuartusII; FPGA; timer / counter河北大学2011届本科生毕业论文（设计）目录引言 (1)1 计数器设计方式选择与论证 (4)1.1 计数器实现方案论证 (4)1.2 设计方式选择认证 (4)1.2.1 自下而上的设计方法 (4)1.2.2 自上而下的设计方法 (4)1.2.3 混合的设计方法 (5)2 计数器整体设计方案 (6)3 计数器/定时器各种工作方式的设计 (8)3.1 计数模块 (8)3.1.1 位加计数器模块 (8)3.1.2 位减计数器 (9)3.2 顶层模块设计 (11)4 总结 (19)谢辞........................................ 错误!未定义书签。
基于FPGA的计算器设计
基于FPGA的计算器设计基于FPGA（可编程逻辑门阵列）的计算器设计是一种使用FPGA开发板和硬件描述语言来实现的计算器。
它可以进行基本的数学运算，如加法、减法、乘法和除法等。
FPGA计算器不仅具有快速的运算速度和高度的可靠性，还具有较小的体积和低功耗。
FPGA计算器通常由输入、控制单元、运算单元和输出组成。
输入可以通过按钮、键盘或其他输入设备来实现。
控制单元负责解析输入并发出相应的控制信号。
运算单元是FPGA计算器的核心组件，它负责接收控制信号，并执行相应的运算操作。
输出单元将运算结果显示在计算器的屏幕上。
使用硬件描述语言（HDL）来实现FPGA计算器的设计可以提供高度的灵活性和可扩展性。
HDL允许开发人员通过编程方式定义逻辑门和电路功能，而不是通过物理硬件组件来实现。
这意味着开发人员可以根据需要添加新的运算功能，并且可以很容易地在FPGA计算器上进行修改和更新。
FPGA计算器可以通过对数据进行二进制表示来实现各种数学运算。
例如，加法可以通过将两个二进制数相加来实现。
具体实现可以使用查找表（Look-up Table）或全加器等组合逻辑电路来完成。
除法则比较复杂，通常需要使用除法算法来实现。
除了基本的数学运算，FPGA计算器还可以实现其他功能，如逻辑运算、位操作和存储器操作等。
逻辑运算可以用于实现条件语句和循环语句等流程控制功能。
位操作可以用于提取和修改数据的特定位。
存储器操作可以用于存储和读取数据。
基于FPGA的计算器设计有许多优点。
首先，FPGA计算器具有非常快的运算速度，比软件计算器更加高效。
其次，FPGA计算器具有较小的体积和低功耗，适合嵌入式系统或低功耗应用场景。
此外，由于FPGA计算器的硬件实现，它也具有较高的稳定性和可靠性。
然而，基于FPGA的计算器设计也存在一些挑战。
首先，硬件描述语言的学习成本较高，需要开发人员具备一定的硬件设计知识。
其次，FPGA 计算器的开发过程相对复杂，需要编写和调试大量的HDL代码。
基于FPGA的计数器设计
EDA课程设计工程名称基于FPGA地计数器地设计专业班级通信102班学生姓名青瓜指导教师2013年 5 月28 日摘要本课程设计要完成一个1 位十进制计数器地设计.计数器是大规模集成电路中运用最广泛地结构之一.在模拟及数字集成电路设计当中, 灵活地选择与使用计数器可以实现很多复杂地功能, 可以大量减少电路设计地复杂度和工作量.讨论了一种可预置加减计数器地设计, 运用Ver ilog H DL 语言设计出了一种同步地可预置加减计数器, 该计数器可以根据控制信号分别实现加法计数和减法计数, 从给定地预置位开始计数, 并给出详细地VerilogHDL 源代码.最后, 设计出了激励代码对其进行仿真验证, 实验结果证明该设计符合功能要求, 可以实现预定地功能.关键词：计数器；VerilogHDL；QuartusⅡ；FPGA；AbstractThis course is designed to complete a one decimal counter design. The counter is LSI structure in one of the most widely used. In the analog and digital IC designs, the flexibility to select the counter can achieve a lot with the use of complex functions, can significantly reduce the complexity of circuit design and workload. Discusses a presettable down counter design, using Ver ilog H DL language designed a synchronous presettable down counter, the counter can be implemented according to the control signals are counted Addition and subtraction counting from a given the preset starts counting, and gives detailed VerilogHDL source code. Finally, the design of the incentive code its simulation, experimental results show that the design meets the functional requirements, you can achieve the intended function.Key words: Decimal counter。
基于FPGA的计数器的设计
3）为225计数分频电路建立元件符号。
方法：先设置要建立原件符号的文件为顶层文件（project——set as top）,然后生成符号文件（File——create< update——create symbol file for current file），然后在当前工程下元件库中就有所产生的元器件了
实验操作要点及总结（记录实验过程中的重点、难点及遇到的问题、实验结果）：
实验成绩
指导老师签字
2、用多个D触发器级联构成多位的二进制计数器，将板载的50MHz时钟225分频，产生周期约1秒的分频时钟，编程下载，用LED灯观察输出的分频信号。
四、实验过程及结果记录
1、D触发器构成的一位二进制计数器
1）原理图
2）记录实验过程和仿真波形
2、D触发器级联构成的225计数电路
1）完成原理图输入编译；
实验报告九
基于FPGA的计数器的设计
一、实验目的
1、学习QuartusII软件的使用；
2、掌握计数器的工作原理和设计方法；
3、掌握用原理图输入设计计数器的全过程。
二、实验设备与器件
Altera公司的CycloneIII系列器件及相应的FPGA开发板，QuartusII软件等。
三、实验内容
1、以D触发器构成的一位二进制计数器（二分频器）为例，熟悉QuartusII软件设计过程；
fpga多通道脉冲计数器的设计与实现
fpga多通道脉冲计数器的设计与实现在数字电路设计领域中，FPGA（现场可编程门阵列）被广泛应用于各种应用，其中包括多通道脉冲计数器。
本文将从FPGA多通道脉冲计数器的设计与实现展开讨论，深入探讨其原理、技术和应用。
1. 引言FPGA多通道脉冲计数器是一种基于FPGA技术的高性能计数器，可同时对多个输入通道的脉冲信号进行计数和分析。
其设计与实现涉及到数字电路设计、时序控制、信号处理等多个方面，具有很高的工程价值和学术研究意义。
2. FPGA技术概述FPGA是一种可编程逻辑器件，具有灵活可编程、并行处理能力强、资源丰富等特点，广泛用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。
在多通道脉冲计数器设计中，FPGA的并行计算和资源复用能力将发挥重要作用。
3. 多通道脉冲计数器原理多通道脉冲计数器是指能够同时对多个输入通道的脉冲信号进行计数和统计的计数器。
其原理是通过FPGA多通道输入模块对输入信号进行采样和处理，然后将处理后的数据传输至计数模块进行计数和存储，最终实现对多通道脉冲信号的精确计数和分析。
4. 设计与实现在实际设计中，多通道脉冲计数器的FPGA实现需要考虑到输入通道数、时钟频率、计数精度、数据存储等多个方面的问题。
通过适当的电路设计和FPGA编程，可以实现高性能、高稳定性的多通道脉冲计数器。
5. 应用与展望多通道脉冲计数器在核物理实验、粒子物理研究、医学影像等领域有着广泛的应用前景，其FPGA实现技术将成为未来研究的热点之一。
6. 总结与展望通过本文的讨论，我们全面了解了FPGA多通道脉冲计数器的设计与实现，明确了其原理、技术特点和应用前景。
随着FPGA技术的不断发展和应用，多通道脉冲计数器将在更多领域展现出其重要作用。
个人观点：FPGA多通道脉冲计数器的设计与实现是一个充满挑战和机遇的领域，需要对数字电路、信号处理、FPGA编程等多个方面有深入的理解和应用。
随着科学技术的发展，多通道脉冲计数器将在更多领域得到应用，为相关领域的研究和应用带来新的机遇和突破。
基于FPGA的计算器设计
基于FPGA的计算器设计引言：随着数字电子技术的不断发展，计算器已经成为人们生活中不可或缺的工具之一、计算器设计是数字电子技术的经典应用之一，也是许多电子工程、计算机科学等专业学科的必修课程。
随着FPGA（Field Programmable Gate Array）技术的快速发展，基于FPGA的计算器设计在教育和工程领域得到了广泛应用。
本文将介绍基于FPGA的计算器的设计思路、硬件架构和关键模块的设计。
一、设计思路：二、硬件架构：1.输入模块：负责接收用户输入的数字和操作符，并将其转化为计算器能够处理的格式。
2.运算模块：负责对输入的数字和操作符进行运算，并生成计算结果。
3.显示模块：负责将计算结果显示在计算器的显示屏上。
4.控制模块：负责控制计算器的各个模块之间的数据流和操作。
三、关键模块的设计：1.输入模块设计：输入模块主要包括键盘和输入转换电路。
键盘用于接收用户输入，输入转换电路负责将键盘输入转化为计算器可以处理的格式（比如将键盘输入的字符转化为二进制数）。
2.运算模块设计：运算模块设计的关键是将不同的操作符映射到不同的算法和电路实现。
比如，加法操作可以通过加法器电路实现，减法操作可以通过加法器和取反器电路实现。
3.显示模块设计：显示模块主要包括显示屏和显示驱动电路。
显示驱动电路负责将计算结果转化为显示屏可以显示的格式（比如将二进制数转化为十进制数）。
4.控制模块设计：控制模块负责协调各个模块的数据流和操作流程。
控制模块可以通过有限状态机（FSM）的方式来实现，根据用户输入的操作符和状态转移条件来决定下一步的操作。
四、实验结果和分析：通过基于FPGA的计算器设计，我们可以实现一个功能强大、灵活易用的计算器。
在实验中，我们可以通过按键输入数字和操作符，计算器会将输入转化为正确的结果并在显示屏上显示出来。
1.灵活性：FPGA芯片的可编程逻辑单元可以根据需求进行更改和扩展，使得计算器可以具有更多的功能和特性。
fpga多通道脉冲计数器的设计与实现
标题：FPGA多通道脉冲计数器的设计与实现一、引言在现代科学研究和工程应用中，脉冲计数器作为一种重要的计数设备，被广泛应用于实验室测量、核物理学、天文学、粒子物理学以及通信系统等领域。
随着科学技术的进步，对脉冲计数器的性能和功能要求也越来越高。
本文将主要讨论FPGA多通道脉冲计数器的设计与实现，探讨其原理、架构以及实际应用。
二、多通道脉冲计数器概述多通道脉冲计数器是指同时能够计数多个输入通道脉冲信号的计数器。
它通常由多个计数通道、数字信号处理单元和控制单元组成。
在实际应用中，多通道脉冲计数器可以用于不同的测量场景，例如时间分辨测量、事件计数、频率测量等。
三、FPGA在脉冲计数器中的应用FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有高速、低功耗、灵活性强等特点，被广泛应用于脉冲计数器的设计与实现中。
通过灵活的编程和并行计算能力，FPGA可以实现多通道脉冲计数器的同时处理多路信号，大大提高了计数器的计数速度和计数精度。
四、多通道脉冲计数器的设计要点1. 采样与计数：多通道脉冲计数器需要同时对多个信号进行采样，并将采样结果进行计数。
在设计时需要充分考虑采样频率、计数器精度以及信号同步等问题。
2. 数据处理与存储：多通道脉冲计数器还需要对采样后的数据进行数字信号处理，并将处理后的数据进行存储或后续分析。
在设计中需要考虑数据处理算法和存储器的容量。
3. 接口与通信：多通道脉冲计数器通常需要与外部设备进行数据交互，因此在设计中需要考虑接口标准和通信协议，以实现与外部设备的可靠通信。
五、FPGA多通道脉冲计数器的实现在实际设计中，为了实现多通道脉冲计数器，可以采用FPGA作为核心处理器，通过硬件描述语言（HDL）对其进行编程。
在编程过程中，需要考虑时序控制、数据处理、中断处理等多个方面，以保证多通道脉冲计数器的可靠性和稳定性。
六、实际应用案例以核物理实验中的脉冲计数器设计为例，我们可以看到FPGA多通道脉冲计数器在实际科学研究中的应用。
基于FPGA的计数器设计
EDA课程设计工程名称基于FPGA地计数器地设计专业班级通信102班学生姓名青瓜指导教师2013年 5 月28 日摘要本课程设计要完成一个1 位十进制计数器地设计.计数器是大规模集成电路中运用最广泛地结构之一.在模拟及数字集成电路设计当中, 灵活地选择与使用计数器可以实现很多复杂地功能, 可以大量减少电路设计地复杂度和工作量.讨论了一种可预置加减计数器地设计, 运用Ver ilog H DL 语言设计出了一种同步地可预置加减计数器, 该计数器可以根据控制信号分别实现加法计数和减法计数, 从给定地预置位开始计数, 并给出详细地VerilogHDL 源代码.最后, 设计出了激励代码对其进行仿真验证, 实验结果证明该设计符合功能要求, 可以实现预定地功能.关键词：计数器；VerilogHDL；QuartusⅡ；FPGA；AbstractThis course is designed to complete a one decimal counter design. The counter is LSI structure in one of the most widely used. In the analog and digital IC designs, the flexibility to select the counter can achieve a lot with the use of complex functions, can significantly reduce the complexity of circuit design and workload. Discusses a presettable down counter design, using Ver ilog H DL language designed a synchronous presettable down counter, the counter can be implemented according to the control signals are counted Addition and subtraction counting from a given the preset starts counting, and gives detailed VerilogHDL source code. Finally, the design of the incentive code its simulation, experimental results show that the design meets the functional requirements, you can achieve the intended function.Key words: Decimal counter。
基于FPGA的多功能计数器的设计_毕业设计
摘要本文介绍了一种以大规模可编程逻辑芯片为设计载体，由顶层到底层设计的多功能数字频率计。
该频率计采用单片机与频率测量技术相结合，大大提高了测量的精度。
本文主要包括该频率计的设计基础和实现方法两部分内容，描述了它的设计平台、工作原理和软硬件实现。
在硬件上，利用Altera 公司的FPGA器件为主控器；在软件上，采用VHDL硬件描述语言编程,极大地减少了硬件资源的占用。
该数字频率计具有频率测量、周期测量、脉宽测量和占空比测量等多种功能。
仿真与分析结果表明，该数字频率计性能优异，软件设计语言灵活，硬件简单，速度快。
关键词 FPGA 等精度频率计 VHDLAbstractThis article introduced one kind as designs the carrier take the large-scale programmable logic chip, the multi-purpose digital frequency meters which designs from the top layer to the first floor. This frequency meter uses the monolithic integrated circuit and the frequency measurement technology unifies, increased the survey precision greatly. This article mainly includes this frequency meter's design basis and realizes the method two partial contents, described its design platform, the principle of work and the software and hardware realizes. On the hardware, uses Altera Corporation's FPGA componentis the master controller; On the software, uses the VHDL hardware description language programming, reduced hardware source occupancy enormously. This digital frequency meter has the frequency measurement, the cyclical survey, the pulse width survey and the dutyfactor survey and so on many kinds of functions. The simulation and the analysis result indicated that this digital frequency meter performance is outstanding, the software design language is flexible, the hardware is simple, the speed is quick.Keywords FPGA Equal Precision Measurement Frequency meter VHDL目录第一章概述 (1)1.1多功能计数器现状 (1)1.2频率测量方法简介 (2)第二章软件开发平台VHDL简介 (5)2.1VHDL的发展 (5)2.2VHDL的特点 (5)2.3VHDL语言结构 (7)2.3.1 实体（ENTITY） (7)2.3.2 结构体（ARCHITECTURE） (8)2.4VHDL软件设计简介 (10)第三章硬件开发平台现场可编程门阵列（FPGA）简介 (12)3.1可编程逻辑器件 (12)3.2现场可编程门阵列（FPGA） (13)3.2.1 FPGA的器件结构与工作原理 (14)3.2.2 基于EDA平台的FPGA开发流程 (18)第四章多功能计数器的理论基础和总体设计方案 (21)4.1常用频率测量方法及其误差分析 (21)4.1.1 直接测频法 (21)4.1.2 测周法原理 (23)4.1.3 等精度测频原理 (25)4.2脉冲宽度和占空比测量原理 (28)4.3总体设计 (29)第五章多功能计数器的软件设计和硬件设计 (32)5.1软件设计 (32)5.1.1 测频专用模块工作功能描述及VHDL程序 (33)5.1.2 脉冲宽度和占空比测量模块 (37)5.1.3 GATE (41)5.1.4 测频/测周期实现 (42)5.2硬件设计 (43)5.2.1 程控放大电路 (44)5.2.2 过零比较电路 (45)5.2.3 测频主系统实现 (46)总结 (48)谢辞 (49)参考文献 (50)第一章概述在信息技术高速发展的今天,电子系统数字化已成为有目共睹的趋势。
EDA实验指导 基于FPGA的计数器设计
FPGA实验指导及记录实验一基于FPGA的计数器的设计1、实验目的：（1）掌握QuartusⅡ软件的设计流程（2）学习原理图设计方法和波形仿真方法2、实验任务：采用原理图法设计一个十进制计数器，完成时序仿真和硬件实现。
3、实验步骤：（1）新建工程双击QuartusⅡ9.1（64-Bit）图标，打开软件，选择File→New Project Wizard,如图1-1所示，单击Next，进入图1-2所示对话框，完成工程存储文件夹建立、工程名、顶层实体名的设置。
（注：可通过单击…浏览按键新建存储文件夹，文件夹放置于D盘或E盘根目录下，目录中不能有中文名称，取名最好具有可读性。
）本例存储在E盘cnt_10文件夹中，文件名和顶层实体名均为cnt_10。
图1-1新建工程向导图1-2 新建文件夹/工程名/顶层实体单击Next，进入文件添加窗口，本例还没有设计文件，直接单击Next进入下一步设置，如图1-3所示，进行器件型号选择，本例采用EP3C16Q240C8，（建议先在Family 中选择CycloneⅢ系列，然后在右侧过滤选项中选择pin count 240缩小选择范围）。
单击Next进入下一步，设置设计/仿真/时序分析工具，本例不需要，直接单击Next，进入下一步。
观察设置细节，单击Finish完成设计。
图1-3 器件型号选择图1-4 完成工程设置（2）新建设计文件选择File→New，打开如图1-5所示对话框，选择Block Diagrom原理图设计文件，打开原理图设计文件。
双击空白处，打开symbol对话框，选择74390，单击OK后，拖动鼠标可放置于原理图任意空白处。
进一步添加输入端input/输出端output，添加完成后如图1-8所示。
图1-5 新建原理图文件图1-6 选择74390图1-7添加输入/输出端 图1-8 放置所需元器件将鼠标放置于器件端口处，鼠标即会变为“+”字型，此时可拖动鼠标进行连线。
fpga计数器写法总结
fpga计数器写法总结在FPGA设计中，计数器是一种常用的模块，它可以在各种应用中实现时钟同步、周期计数等功能。
本文将总结FPGA计数器的写法，包括计数器的设计思路、实现方式、常见问题及解决方法等。
一、计数器设计思路FPGA计数器通常采用有限状态机或移位寄存器的方式实现。
有限状态机可以根据输入时钟信号不断更新状态，从而实现计数功能。
移位寄存器则可以将输入时钟信号的位流逐位移入或移出寄存器，从而实现计数。
在设计中，需要根据具体的应用场景和资源约束选择合适的实现方式。
二、计数器实现方式1.硬件描述语言实现常用的硬件描述语言包括VHDL和Verilog。
使用VHDL可以实现复杂的行为描述，而使用Verilog则更注重硬件的逻辑描述。
在实现计数器时，需要先确定计数器的位数和时钟频率，然后根据设计思路和语言特点进行编码。
2.软件仿真验证在硬件设计完成后，需要进行仿真验证以确保设计的正确性和可靠性。
常用的仿真工具包括ModelSim、Quartus等。
通过仿真可以发现设计中存在的问题和错误，并及时进行修正。
三、常见问题及解决方法1.时钟抖动问题时钟抖动会导致计数器的计数不准确。
解决方法是在时钟输入端加滤波器或整形电路，以消除抖动影响。
2.计数溢出问题当计数器的位数不够时，会导致计数溢出。
解决方法是增加计数器的位数，或者在计数器溢出时进行特殊处理，如重置计数器或发出中断信号。
3.时序问题在设计中需要注意时序问题，以确保各个模块之间的信号传输正确无误。
解决方法是优化设计，合理安排模块之间的信号传输路径和时序关系。
四、总结本文总结了FPGA计数器的设计思路、实现方式、常见问题及解决方法等。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和资源约束选择合适的实现方式，并进行仿真验证以确保设计的正确性和可靠性。
同时，需要注意时序问题，以确保各个模块之间的信号传输正确无误。
通过不断实践和总结，可以提高计数器的设计水平和效率，为FPGA应用开发提供更好的支持。
基于fpga的计数器设计代码
基于fpga的计数器设计代码基于FPGA的计数器设计代码介绍：来自电子系统设计实验课程的一个项目，要求编写一段基于FPGA 的计数器设计代码，但是考虑到本实验课程源自一门免费的开源课程，因此无法提供实际的设备来验证此设计代码，但是可以通过模拟环境进行测试以确保实现正确设计功能，本文将介绍如何利用FPGA对计数器进行设计。
实现方法：1.首先需要确定将用哪种FPGA芯片来实现计数器功能，例如Xilinx Spartan-6的FPGA。
2.然后确定使用哪种电路来实现计数器功能，可以使用逻辑器件来实现，例如可以使用多路触发器、多变量单位、或是查找表等电路。
3.接下来就是根据前面两步的确定，开始编写实现计数器设计的代码，例如VHDL语言或Verilog语言。
4.最后进行代码仿真，使用设计的代码来仿真计数器的功能，以确保代码完全正确。
示例代码：下面是一段可以实现计数器设计的代码，采用的是VHDL语言：--计数器设计代码LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY COUNTER ISPORT (reset : IN STD_LOGIC;clk : IN STD_LOGIC;count : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0));END COUNTER;ARCHITECTURE RTL OF COUNTER ISBEGINPROCESS(clk, reset)BEGINIF (reset='1') THENcount <= '00000000'; --初始值为0ELSIF (clk='1' and clk'EVENT) THENcount <= count + 1; --正常的计数END IF;END PROCESS;END RTL;以上代码可以实现一个八位的计数器，当reset为高电平时，计数器初始值为0，每次当clk上升沿时，计数器递增1，当计数器到达最大值255时，再次上升时从0开始重复计数。
基于FPGA和单片机的多功能计数器设计
基于FPGA和单片机的多功能计数器设计
一、系统方案
方案1：采用中小规模数字电路构成系统，由计数器构成主要的测量模块。
用定时器组成主要的控制电路。
此方案软件设计简单，但外围芯片过多，且频带窄，实现起来较复杂，功能不强，而且不能程控和扩展。
方案2：采用单片机实现。
被测信号经调理后送入单片机，利用其内部的计数器完成计数，然后再进行数据处理和显示，但单片机在处理高速信号时略显吃力。
方案3：利用FPGA对调理后的被测信号实现高速计数，单片机软件执行高精度浮点数运算并显示。
单片机完成系统的数据处理、逻辑控制和人机交互功能;大规模现场可编程器件(FPGA)实现外围计数功能。
电路框图如图1所示。
FPGA实验计数器设计实验
哈尔滨理工大学软件学院实验报告课程 FPGA题目实验二计数器设计实验班级集成12-2班专业集成电路设计与集成系统学生学号 12140202272014年10 月15日实验二计数器设计实验实验目的：学习计数器的设计、仿真和硬件测试方法。
实验内容及步骤：1.使用Verilog HDL设计2位 16进制计数器,由DE2的KEY0输入计数值，在HEX1，HEX0上显示计数值。
2.使用嵌入式逻辑分析仪进行仿真；3.将实验程序下载到DE2运行。
实验注意事项：去抖动DE2按键电路图实验程序：module counting(clk,reset,k,h1,h2);input k,reset,clk;output [6:0]h1,h2;reg [7:0]count;reg key;reg [6:0]h1,h2;reg [10:0]clock=11'b0;always@(posedge clk)beginif(k) // k is the input Key0 beginkey<=1;clock<=0;endelsebeginclock<=clock+1; // if clock still isn't 2000 ,then the next all don,t excutiveif(clock==1000) // so continue came back until up to 2000beginclock<=11'b0;key=0; // to produce a negadge as a senstive pinendendendalways@(negedge key or negedge reset)beginif(reset==0)count=0;elsecount=count+1'b1;endalways@(count)begincase(count[3:0])4'b0000:h1<=7'b1000000; 4'b0001:h1<=7'b1111001; 4'b0010:h1<=7'b0100100; 4'b0011:h1<=7'b0110000; 4'b0100:h1<=7'b0011001; 4'b0101:h1<=7'b0010010; 4'b0110:h1<=7'b0000010; 4'b0111:h1<=7'b1111000; 4'b1000:h1<=7'b0000000; 4'b1001:h1<=7'b0010000; 4'b1010:h1<=7'b0001000; 4'b1011:h1<=7'b0000011; 4'b1100:h1<=7'b1000110; 4'b1101:h1<=7'b0100001; 4'b1110:h1<=7'b0000110; 4'b1111:h1<=7'b0001110; default : h1<=7'b1000000; endcasecase(count[7:4])4'b0000:h2<=7'b1000000; 4'b0001:h2<=7'b1111001;4'b0010:h2<=7'b0100100;4'b0011:h2<=7'b0110000;4'b0100:h2<=7'b0011001;4'b0101:h2<=7'b0010010;4'b0110:h2<=7'b0000010;4'b0111:h2<=7'b1111000;4'b1000:h2<=7'b0000000;4'b1001:h2<=7'b0010000;4'b1010:h2<=7'b0001000;4'b1011:h2<=7'b0000011;4'b1100:h2<=7'b1000110;4'b1101:h2<=7'b0100001;4'b1110:h2<=7'b0000110;4'b1111:h2<=7'b0001110;default : h2<=7'b0000001;endcaseendendmodule实验结果：当计数值为4时。
基于FPGA的计算器设计
基于FPGA的计算器设计引言：FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种现场可编程门阵列，它能够被重新编程以适应不同的电路设计需求。
基于FPGA的计算器设计具有很大的灵活性和可扩展性，可以实现不同类型的计算功能。
本文将介绍基于FPGA的计算器设计的原理、实现方法和一些相关应用。
一、基本原理1.输入部分：用于输入待计算的数字和操作符。
2.各种算术和逻辑运算电路：根据输入的操作符和数字，进行相应的计算操作。
3.结果显示部分：用于显示计算的结果。
二、实现方法1.设计算术和逻辑运算电路：根据计算器的需求，设计加法、减法、乘法、除法等算术运算电路，同时还要设计逻辑运算电路，如与门、或门、非门等。
2.设计输入模块：通过按键或其他输入方式输入待计算的数字和操作符。
3.设计控制模块：根据输入的操作符，控制算术和逻辑运算电路的工作顺序和时序。
4.设计结果显示模块：将计算结果显示在数码管或LCD屏幕上。
三、设计思路及具体实现方法1.输入模块设计：可以采用按键输入方式，数字键用于输入待计算的数字，功能键用于输入操作符。
2.算术与逻辑运算电路设计：通过组合逻辑电路设计实现各种算术和逻辑运算，如加法电路、乘法电路等。
将输入信号与操作符信号传入相应的运算电路，经过计算后得到结果。
3.控制模块设计：根据输入的操作符，控制算术和逻辑运算电路的工作顺序和时序。
可以使用状态机或者组合逻辑电路实现。
4.结果显示模块设计：将计算结果显示在数码管或LCD屏幕上。
根据计算结果的位数设计相应的显示模块。
四、应用领域基于FPGA的计算器设计可以用于各种计算任务，包括科学计算、金融计算、矩阵计算等。
除了基本的四则运算，还可以实现复杂函数的计算，如三角函数、指数函数等。
FPGA计算器还可以应用于数字信号处理、图像处理等领域，用于实时计算和数据处理。
五、设计优势与局限性1.优势：（1）灵活性高：FPGA可编程性强，可以根据需要重新编程，实现各种不同类型的计算功能。
基于FPGA的十进制计数器
w hen"0110"=>q<= "0111";c <='0';
w hen"0111 "=>q<="1000 ";c <='0';
w hen"1000"=>q<="1001 ";c <='1';
when others=>q<="0000"; c<='0';
end case;
end if;
else q<=q;
d: in std_logic_vector(3 downt_vector(3 downto 0);
c:buffer std_logic );
end count10;
architecture rtl of count10 is
begin
process(ep,et,clk,nld,nrd,d)
4. 实验步骤或程序（经调试后正确的源程序）
见附件 A
5．程序运行结果
十进制计数器
6．出现的问题及解决方法
无
实验步骤或程序：
十进制计数器程序：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity count10 is
port(ep,et,clk,nld,nrd: in std_logic;
end if;
c<=c;
end if;
else q<=q;
c<=c;
end if;
end process;
FPGA实验一：基于原理图的十进制计数器设计
实验一：基于原理图的十进制计数器设计一、实验目的：1.熟悉和掌握ISE Foudation软件的使用；2.掌握基于原理图进行FPGA设计开发的全流程；3.理解和掌握“自底向上”的层次化设计方法；4.温习数字电路设计的基础知识。
二、实验原理：本次实验采用的是七段数码管显示译码器和CD4CE同步十进制计数器组合的电路，实验原理图如下：本次实验采用七段数码管的字符显示真值表如下：CD4CE是同步十进制计数器，输入端有异步清零控制端CLR，工作控制使能端CE和时钟输入端C，输出端有BCD码计数值输出端Q3~Q0，进位输出端TC和输出状态标志CEO，其真值表如下图：三、实验过程：1.创建一个新的工程，并为工程新建一个原理图文件，根据实验要求绘制数码管A段LED驱动逻辑电路，并生成原理图模块符号，然后新建一个Test Bench WaveForm文件，进行仿真，查看实验是否符合真值表的内容：数码管A段LED驱动逻辑电路图2.根据步骤1绘制B、C、D、E、F、G段驱动逻辑电路，并生成相应的原理图模块符号，进行仿真，然后再根据实验要求将7个模块进行组合成七段显示译码器原理图：3.调用CD4CE计数器符号和上图中的seg7模块绘制十进制计数器原理图，然后进行仿真验证：4.执行综合，记录其中关于时钟频率、资源消耗等数据：5.根据实验指导书经行锁引脚操作，编辑引脚约束文件：6.生成下载配置文件,下载到开发板进行经行验证。
四、实验思考题：1.分析并说明本次实验所完成的工程文件结构关系。
答：本次实验采用的是自底向上的设计流程，即是先从最底层开始，逐步向上设计，所以本次实验所完成的工程文件的结构关系是一种底层与顶层结构关系。
2.如何分析仿真软件运行出的结果？答：观察实验仿真的结果，与实验要求的真值表进行对比，若符合则表示设计方案正确，否则则表示方案设计错误，需要修改设计方案。
3.在仿真激励信号的设计上组合电路和时序电路分别关注的重点是什么？为什么？答：组合电路关注当前的输入信号，而时序电路不仅要关注当前的输入信号，还需要关注上一时刻的输出的状态。
基于单片机和FPGA的多功能计数器的设计
基于单片机和FPGA的多功能计数器的设计频率、周期、相位是沟通信号的3大要素。
普通状况下，分析沟通信号需讨论其频率与相位，而周期可挺直由频率计算。
对于正弦信号的频率、相位测量精确度的要求不断提高，而随着技术的进展，对其测量办法仍不断改进完美。
较早采纳挺直频率测量的测频法，为了保证测试精度，普通低频信号采纳测周期法，而高频信号采纳测频法，测量很不便利。
而相位测量最初采纳测量信号一个周期参数的办法，该办法精度适用于低频，而高频时误差变大。
该多功能计数器采纳等精度测量法来测量信号频率，同时采纳基于和的计数相位测量办法完成精确相位测量，并能在液晶实时显示当前信号的频率、周期和相位差。
该计数器将正弦信号频率和相位的测量于一体，精度高，有用性强。
2 计划设计论证2．1 频率测量等精度测量法的测量时光是人为设定的，闸门的开启和闭合由被测信号的升高沿来控制，测量精度与被测信号频率无关，因而可以保证在囫囵测量频段内的测量精度保持不变。
被测信号的计数是同步的，对于基准信号来说，存在±1的误差，只要计数足够大，可满足高精度要求。
2．2 相位测量相差一时光测量法是将整形后的两路方波送入FPGA，分离检验出两个信号的升高沿，通过FPGA内部计数器在两个信号的升高沿间对晶振举行计数。
在低频段时，RC滤波的输出波动很大，该相位测量通过采纳高频率的计数脉冲，相位受信号频率影响小，可实现较高的测量精度。
3 系统硬件电路设计该系统硬件电路设计是由峰值检波采样、整形比较、宽带通道放大、频率测量、相位测量、显示等模块构成。
低频LM311对1 Hz到2 MHz 的信号整形效果较好，高频比较器TL3116对200 kHz以上的信号整形效果较好。
为实现1 Hz到10 MHz信号的频率测量，该系统以1为0．01～第1页共3页。
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基于FPGA的计数器的程序设计方案1.1 FPGA简介FPGA（Field－Progrmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
自1985 年Xilinx 公司推出第一片中大规模现场可编程逻辑器件(FP2GA) 至今,FPGA 已经历了十几年的历。
在这十几年的过程中,可编程器件有了惊人的发展:从最初的1200 个可利用门,到今天的25 万可利用门,规模增大了200 多倍; FPGA 供应商也从Xilinx 的一枝独秀,到今天近20 个厂商的分庭抗争;FPGA 从单一的基于SRAM结构到今天各种结构类型的出现,都充分体现了可编程器件这一巨大市场的吸引力。
FPGA 不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低。
由于目前电子产品生命周期相对缩短,相近功能产品的派生设计增多等特点,促使FPGA 越来越多地取代了ASIC 的市场,特别是对国内众多的科研单位来说,小批量、多品种的产品需求,使得FPGA 成为首选。
1.2 硬件描述语言VHDL特点功能强大、设计灵活。
VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。
它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。
VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。
VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。
支持广泛、易于修改。
由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL，这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。
在硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用VHDL编写的源代码，因为VHDL易读和结构化，所以易于修改设计。
强大的系统硬件描述能力。
VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。
而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。
另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。
VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
独立于器件的设计、与工艺无关。
设计人员用VHDL进行设计时，不需要首先考虑选择完成设计的器件，就可以集中精力进行设计的优化。
当设计描述完成后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。
很强的移植能力。
VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。
1.3 软件开发工具Quartus II 简介Altera的Quartus II 设计软件提供了完整的多平台设计环境，它可以轻易满足各种特定设计的需要，也是单芯片可编程系统 (SOPC) 设计的综合性环境和SOPC开发的基本设计工具，并为Altera DSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境。
Quartus II设计工具完全支持VHDL、Verilog的设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综合器。
Quartus II 包括模块化的编译器。
编译器包括的功能模块有分析/综合器（Analysis＆Synthesis）、适配器（Fitter）、装配器(Assembler)、时序分析器(Timing Analyzer)、设计辅助模块(Design Assistant)等。
可以通过选择 Start Compilation （Processing 菜单）来运行所有的编译器模块。
若要单独运行各个模块，可以通过选择 Start（Processing 菜单），然后从 Start 子菜单中为模块选择相应的指令。
此外，还可以通过选择 Compiler Tool （Tools 菜单）并在Compiler Tool窗口中运行该模块来启动编译器模块。
在 Compiler Tool 窗口中，可以打开该模块的设置文件或报告文件，还可以打开其它相关窗口。
Quartus II支持层次化的设计，可以在一个新的编辑输入环境中对使用不同输入设计方式完成的模块进行调试，从而解决原理图与HDL混合输入设计的问题。
在设计输入之后，Quartus II的编译器将给出设计输入的错误报告。
可以使用QuartusII带有的RTL Viewer观察综合后的RTL图。
Quartus II自动设计的各主要处理环节和设计流程，包括设计输入编辑、设计分析与综合、适配、编译文件汇编（装配）、时序参数提取以及编程下载几个步骤。
2 整体设计方案设计基于FPGA的计数器，要求显示1个0-9999的四位计数器，可以由4个模为10的十进制计数器级联而成，所以可以显示的频率范围是1-9999HZ。
因此，频率计的功能分割成四个模块：分频计，计数器，输出锁存器和译码显示电路。
各个模块均用VHDL语言描述并用quartus2进行仿真。
本设计采用数控分频计，可以对信号实现不同分频比，输出信号作为计数器输入。
锁存器由一个外部脉冲控制可以控制显示部分显示周期。
当系统正常工作时，输入信号标提供频率，经过分频器分频，产生计数信号送入计数器模块，计数模块对输入的脉冲个数进行计数数结束后，将计数结果送入锁存器中，保证系统可以稳定显示数据，计数结果能够显示在七段数码显示管上。
图1 设计方案3 各个模块的设计和功能的具体分析3.1 分频器设计3.1.1 设计原理分频器是指使输出信号频率为输入信号频率整数分之一的电子电路。
在许多电子设备中如电子钟、频率合成器等，需要各种不同频率的信号协同工作，常用的方法是以稳定度高的晶体振荡器为主振源，通过变换得到所需要的各种频率成分，分频器是一种主要变换手段。
早期的分频器多为正弦分频器，随着数字集成电路的发展，脉冲分频器（又称数字分频器）逐渐取代了正弦分频器，即使在输入输出信号均为正弦波时也往往采用模数转换－数字分频－数模转换的方法来实现分频。
正弦分频器除在输入信噪比低和频率极高的场合已很少使用。
数控分频器的功能是在输入端给定不同数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，对于一个N分频器，分频出的时钟周期是原时钟周期的N倍，频率变为原来的1/N。
对于一个8位计数器，如果输入数DD，然后启动计数器工作，则经过D倍的时钟周期计数器溢出时，输出full变为高电平，再以full为敏感信号，对fout进行取反操作，如此N=2D。
计数一次后，再重新计数，反复进行直至输入被赋予新值。
对于数控分频数器，装载不同的计数初始值时，会有不同频率的溢出信号，从而得到不同的输出。
数控分频器是利用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的。
3.1.2 源程序及其仿真波形LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DVF ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;DD : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT : OUT STD_LOGIC );END;ARCHITECTURE one OF DVF ISSIGNAL FULL : STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF CNT8 = "11111111" THENCNT8 := DD; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL = '1' THENCNT2 := NOT CNT2; --如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反IF CNT2 = '1' THEN FOUT <= '1'; ELSE FOUT <= '0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV ;END;图2 分频器仿真波形3.1.3 RTL电路图图3 分频器RTL电路图3.2 计数器设计3.2.1 计数器及其应用计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。
计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。
计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。
它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。
很显然，3位数的计数器最大可以显示到999，4位数的最大可以显示到9999。
在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路。
计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。
但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示。
3.2.2 计数器源程序及其仿真（1）十进制计数器加数的合法设计范围为0到9，故当输入的加数大于9的时候要将其统一变换成0。
本实验采用一个带有异步复位和同步时钟使能的十进制加法计数器，这种计数器有许多实际的用处。
如果rst为“1”，将对时钟清零；如果为1，且有clk信号，则允许计数器就数，若计数器小于9，计数器加1，否则清零。
第二个if语句功能是当计数器cqi的只达到9时产生进位溢出信号。