FPGA八位十进制数字频率计

数字系统设计与VHDL课程设计任务书

一、题目：基于FPGA的八位十进制数字频率计的设计与仿真

二、主要内容

本次设计是运用FPGA（现场可编程门阵列）芯片来实现一个八位十进制数字频率计，输入信号频率通过数码管来显示。设计中采用Verilog HDL语言编程，运用QUARTUS Ⅱ软件实现。

三、基本要求

1. 查阅相关原始资料，书写文献综述，英文资料翻译。

2. 理解相关的资料，确定系统功能、性能指标，选择系统组成方案。

3. 选择系统方案，运用Verilog HDL编程，采用QUARTUS Ⅱ集成开发环境进行编辑、综合测试，并进行引脚锁定。

4. 采用MagicSOPC实验开发平台，以FPGA为核心器件，主控芯片为EP2C35F672C8器件并下载到试验箱中进行验证，最终实现所需的八位十进制数字频率计，并在数码管上显示。

5. 撰写研究报告及结果分析，书写课程设计论文。

四、时间安排

五、教材及参考书

[1] 潘松, 王国栋. VHDL实用教程[M].西安:电子科技大学出版社，2007.

[2] 黄智伟. FPGA系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2005.

[3] 包明. 赵明富.EDA技术与数字系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[4] 莫琳，基于FPGA的频率计的设计与实现[J].现代电子技术,2004

[5] EDA修改稿

基于FPGA的八位十进制数字频率计

学生姓名：

学院：

专业班级：

专业课程：

指导教师：

2014 年6 月15 日

一、系统设计

1.系统设计要求

（1）频率测量范围：1-99.MHZ。

（2）测量误差<5%。

2.方案设计

使用现场可编程逻辑器件（FPGA）制作，利用Verilog HDL硬件描述语言编程进行控制，然后下载烧写实现。

对于八位十进制数字频率计的设计,本方案采用的是现场可编程逻辑器件来实现, 它的优点是所有电路集成在一块芯片上，此方案所需的外围电路简单,这样它的体积就减少了，同时还提高了系统的稳定度，还可以用软件QuartusⅡ软件进行仿真和调试等，可以充分利用verilog HDL硬件描述语言方便的编程，提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本；而且易于进行功能的扩展，实现方法灵活，调试方便，修改容易。

3.设计说明

八位十进制数字频率计的基本原理是，测频法和测周期法。测频法是在确定的时间Tw内，记录被测信号的周期Nx,则测得的频率为Fx=Nx/Tw。测周期法需要有标准信号频率fs,在待测信号的一个周期Tx内,记录标准频率的周期数，则测得的频率为fx=fs/Ns。

4.设计模块

本设计可有3个模块实现，如下图所示。顶层模块（时基控制，分频以及对测频的控制）；十进制计数器模块，对测量的脉冲进行计数；数码管显示模块，用于测量的结果，通过试验箱上的数码管显示，利用动态扫描显示。

二、软件设计

1.程序框图

程序框图如图1所示。

图1 程序框图

2.Verilog HDL源程序（见附录）

三、调试和下载验证

1.实验调试

（1）软件调试

1) 运行Quartus II软件。双击桌面Quartus II9.0或者开始菜单\altera\ Quartus II9.0进入程序主窗口。

2) 新建源程序文件。点击File\new\verilog HDL File，点击ok。输入程序代码。

3) 新建工程。保存程序代码时，软件会自动提示新建工程，也可以点击取消，创建新的源程序文件，全部模块的源程序创建完成再新建工程，最后把所有模块添加到工程。两个方法过程都差不多。点击File\New Project Wizard点击next，第一行是工程目录，第二行是工程名称，第三行是顶层实体名，这必须与

主程序模块名一致。然后点击next，点击Add All再点击next，器件选择EP2C35F672C8，再点击next，确定。

4) 综合编译。点击star compilation进行编译。编译过程中提示首先提示Decode_8S缺失，仔细检查后发现没有创建Decode_8S源程序文件。创建好后再编译，提示好几个地方的符号错误，双击错误定位到出现错误的地方，修改好，点击编译，提示一处错误，双击定位到出错地点，发现是逻辑错误，查阅参考书后，把错误修正了。再点击编译，没有错误。

5) 创建波形文件。点击File\new\vector waveform file，然后添加clk、key、SM_duan节点，设置clk频率，并把key波形随机设置几个1，点击仿真。

（2）硬件调试

在软件调试调试成功的情况下，接下来我们要进行硬件调试，步骤如下：

1) 运行Quartus II软件，打开工程。

2) 再次编译源程序(见附录)。

3) 分配管脚(见附录)。

4) 将生成的.sof文件写入FPGA试验箱中。

（3）实物拍照

实物如图2所示。

图2 实物照片

2.实验结论

所做的八位十进制数字频率计，当输入信号时就会在数码管上显示被测信号的频率，并且误差很小，只有当被测信号频率特大时会出现误差，其他都和标准频率一样。

四、感受

两周的实训已经过去，对于我来说这两周的实训赋予了我太多实用的东西了，不仅让我更深层次的对课本的理论知识深入了理解，而且还让我对分析事物的逻辑思维能力得到了锻炼，提高了实际动手能力，下面谈一下就这两周实训中我自己的一些心得体会。

我们在老师提供的实践平台上通过自己的实践学到了很多课本上学不到的宝贵东西，熟悉了对相关软件的一般项目的操作和学到了处理简单问题的基本方法，更重要的是掌握了verilog HDL语言的基本设计思路和方法，我想这些会对我今后的学习起到很大的助推作用。此外，还要在今后的课本理论知识学习过程中要一步一个脚印的扎实学习，灵活的掌握和运用专业理论知识这样才能在以后