八位十进制数字频率计

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8位频率计

EDA设计报告------八位频率计姓名成绩班级学号日期地点一．试验内容在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更加重要。

通过运用Verilog HDL语言，实现8位数字频率计，并利用Quartus II 6.0集成开发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到FPGA器件中，经实际电路测试，该系统性能可靠。

本次EDA试验八位十进制频率计主要是通过Quartus II 6.0编写vhdl代码通过仿真调试后，下载到GW48-SOC+EP20K200试验箱完成硬件测试。

二．试验目的通过EDA的试验设计，加深我们对FPGA的了解，熟悉FPGA的工作原理和试验环境，知道FPGA的开发流程，熟悉各种软件如Quartus II 6.0的使用。

通过设计小型试验项目学会仿真和硬件测试的基本方法。

三．试验原理，设计思路8位十进制数据显示频率计设计在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。

数字式频率计的测量原理有两类：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。

直接测频法适用于高频信号的频率测量，通常采用计数器、数据锁存器及控制电路实现，并通过改变计数器阀门的时间长短在达到不同的测量精度；间接测频法适用于低频信号的频率测量，本设计中使用的就是直接测频法，即用计数器在计算1S内输入信号周期的个数。

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。

随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

基于FPGA的8位十进制数字频率计设计

宝鸡文理学院学报(自然科学版),第33卷,第1期,第-页,2013年3月J o u r n a l o f B a o j iU n i v e r s i t y o fA r t s a n dS c i e n c e s (N a t u r a l S c i e n c e ),V o l .33,N o .1,p p .-,M a r .2013D O I :C N K I :61-1290/N.h t t p ://w w w.c n k i .n e t /k c m s /d e t a i l /61.1290.N.基于F P G A 的8位十进制数字频率计设计*1韩芝侠(宝鸡文理学院电子电气工程系,陕西宝鸡721016)摘要:目的研究复杂数字电路在E D A 开发系统上的实现方法。

方法在介绍E D A 特征及设计方法基础上,针对具体的C P L D /F P G A 开发系统,在Q u a r t u s 环境下设计了一款8位十进制数字频率计。

结果下载/配置到实验板的目标器件上,经实际电路测试验证,达到了预期的设计要求。

结论与传统设计方法相比,该方案具有外围电路简单,程序修改灵活和调试容易等特点;设计的数字频率计测量范围大,精度高,读数直观清晰,可用于频率测量、机械转速测量等领域。

关键词:E D A ;C P L D /F P G A ;Q u a r t u s;数字频率计;复杂数字系统;仿真中图分类号:T P 391.9 文献标志码:A 文章编号:1007-1261(2013)01-0000-04D e s i g no f 8-b i t d e c i m a l s y s t e md i gi t a l f r e q u e n c y me t e rb a s e do nF P G A HA NZ h i -x i a(D e p t .E l e c t r o n i c s&E l e c t .E n g n .,B a o j iU n i v .A r t s&S c i .,B a o ji 721016,S h a a n x i ,C h i n a )A b s t r a c t :A i m T os t u d i e dt h em e t h o dt or e a l i z ead i g i t a l c i r c u i t i nE D A d e v e l o p m e n t s ys t e m.M e t h o d s B a s e do ni n t r o d u c i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd e s i g n m e t h o d so fE D A ,t oa i m a ts pe c if i c C P L D /F P G Ad e v e l o p m e n t s y s t e m ,A8-b i t d e c i m a l s y s t e md ig i t a l f r e q u e n c y m e t e r i s d e s i gn e d i nQ u -a r t u s e n v i r o n m e n t .R e s u l t s I t i sd o w n l o a d /c o n f i g u r a t i o nt o t h e t a r g e td e v i c eo f e x pe r i m e n t a l p l a t e ,af t e r a c t u a l c i r c u i t t e s t i ng a n dv e r i f y i n g,t h ee x p e c t e dd e s i g nr e q u i r e m e n t i sa c h i e v e d .C o n c l u s i o n C o m p a r i n g w i t h t r a d i t i o n a l d e s i g nm e t h o d ,t h i s d e s i g nh a s c h a r a c t e r i s t i c s o f s i m p l e p e r i ph e r a l c i r c u i t ,f l e x i b l e p r o g r a m m o d i f i c a t i o nw a y a n d e a s y d e b u g m o d e ;T h i s f r e q u e n c y m e t e r a l s oh a s c h a r a c t e r i s t i c s o fw i d em e a s u r e m e n t r a n g e ,h i g ha c c u r a c y,c l e a r a n d i n t u i t i v e r e a d i n g ,a n d c a nb e u s e d f o r f r e q u e n c y m e a s u r e m e n t ,m e c h a n i c a l s p e e dm e a s u r e m e n t ,e t c .K e y wo r d s :E D A ;C P L D /F P G A ;Q u a r t u s ;d i g i t a l f r e q u e n c y m e t e r ;c o m p l e xd i g i t a l c i r c u i t ;s i m -u l a t i o n1 E D A 技术应用随着计算机技术和集成电路技术的快速发展,电子技术设计面临着复杂度不断提高而设计周期不断缩短的矛盾。

基于VHDL的8位十进制频率计设计

基于VHDL的8位十进制频率计设计目录目录 (1)摘要 (2)1.设计目的 (2)2.设计要求 (2)3.设计思路 (2)4.频率计设计原理 (3)4.1频率计的组成部分 (3)4.2频率计工作原理 (3)4.3频率计各模块介绍 (3)5.频率计仿真 (7)5.1FCTRL控制模块仿真 (7)5.2REGESTER寄存器模块仿真 (7)5.3SELTIME扫描模块仿真 (7)5.4DELED显示模块仿真 (8)5.5CNT10计数器模块仿真 (8)5.6总电路仿真 (8)6.频率计各模块程序 (9)7.频率计下载到实验箱现象 (13)8.设计体会 (14)9.参考资料 (14)[ 摘要]使用VHDL 语言来设计数字频率计, 给出了原理图和仿真图形, 所设计的电路通过硬件仿真, 下载到目标器件上运行, 能够满足测量频率的要求, 具有理论与实践意义, 实现了电子电路自动化(EDA)的过程。

[ 关键词] VHDL; EDA; 仿真; FPGA; 频率计1.设计目的1.1熟悉Max+plusII 10.2的软件的基本使用方法。

1.2理解频率计的测量原理。

1.3掌握VHDL语言的编写方法。

1.4掌握虚拟数字频率计的软件设计。

2.设计要求在Max+plusII中设计一个数字频率计电路，设计要求为：测量范围：1Hz～100MHz，数码管动态扫描显示所测的频率。

3.设计思路方案一：采用周期法。

通过测量待测信号的周期并求其倒数，需要有标准倍的频率，在待测信号的一个周期内，记录标准频率的周期数，这种方法的计数值会产生最大为±1个脉冲误差，并且测试精度与计数器中记录的数值有关，为了保证测试精度，测周期法仅适用于低频信号的测量。

方案二：采用直接测频法。

直接测频法就是在确定的闸门时间内，记录被测信号的脉冲个数。

由于闸门时间通常不是待测信号的整数倍，这种方法的计数值也会产生最大为±1个脉冲误差。

进一步分析测量准确度：设待测信号脉冲周期为Tx,频率为Fx，当测量时间为T=1s时，测量准确度为＆=Tx/T=1/Fx。

八位十进制数字频率计

EDA课程设计报告书题目：8位十进制数字频率计的设计姓名：学号：所属学院：专业年级：指导教师：完成时间：8位十进制数字频率计的设计一、设计介绍数字频率计是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。

频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。

其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。

通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。

频率计主要由四个部分构成:输入电路、时基(T)电路、计数显示电路以及控制电路。

在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。

数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。

许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。

尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的发展，基于数字式频率计组成的各种测量仪器、控制设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。

二、设计目的（1）熟悉Quatus 11软件的基本使用方法。

（2）熟悉EDA实验开发系统的使用方法。

（3）学习时序电路的设计、仿真和硬件设计，进一步熟悉VHDL设计技术。

三、数字频率计的基本原理数字频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，通常情况下计算每秒待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于一秒。

闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。

闸门时间越短，测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（1S）信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的1S时间对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，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，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。

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：1-99.999999MHZ。

（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。

八位十进制数字频率计基于eda课程设计

目录目录 01、EDA技术发展及介绍 (2)1.1 EDA技术的介绍 (2)1.2 EDA技术的发展 (2)1.3 EDA技术的发展趋势 (2)2、总体方案设计 (3)2.1设计内容 (3)2.2设计方案比较 (3)2.3方案论证 (5)2.4方案选择 (5)3、单元模块设计 (5)3.1分频模块 (5)3.1.1分频模块波形仿真图 (5)3.1.2分频模逻辑综合图 (6)3.1.3分频模块verilog源代码 (6)3.2计数模块 (7)3.2.1计数模块功能仿真波形 (7)3.2.2计数模块逻辑综合图 (8)3.2.3计数模块verilog源代码 (8)3.3锁存模块 (9)3.3.1锁存模块功能仿真波形 (9)3.3.2锁存模块逻辑综合图 (9)3.3.1锁存模块verilog源代码 (10)3.4七段译码模块 (10)3.4.1七段一码模块功能仿真波形 (10)3.4.2七段译码模块逻辑综合图 (11)3.4.3七段一码模块代码源程序 (11)3.5数码管显示模块 (12)3.5.1数码管显示模块功能仿真波形图 (13)3.5.2数码管显示模块综合图 (13)3.5.3数码管显示模块源代码 (14)4、软件实现 (15)4.1软件实现方法 (15)4.1.1 软件实现步骤框图 (15)4.2软件设计 (15)4.2.1 顶层模块程序如下: (15)4.2.2 顶层模块结构图 (17)5、系统仿真及调 (17)5.1顶层模块仿真及调试 (17)6、总结 (18)6.1设计小结 (18)6.2设计收获 (19)6.3设计改进 (19)6.4 致谢 (19)7 、参考文献 (19)1、EDA技术发展及介绍1.1 EDA技术的介绍EDA是Electronic Design Automation的缩写，中文译为电子设计自动化，是现代电子设计技术的有力工具。

迄今为止，EDA技术没有精确的定义，我们可以这样来认识，EDA技术就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以PLD器件或者ASIC专用集成电路为目标器件设计实现电路系统的一种技术。

实验五 8位十进制频率计

EDA实验报告8位十进制频率计电信1002班姓名：谌晴学号：1404100320实验五8位十进制频率计一、实验目的设计8位十进制频率计，学习较复杂的数字系统设计方法；学习VHDL编程例化语句的使用。

二、实验内容在SmartSOPC 实验箱上实现8位十进制频率计的设计。

被测信号从fre_input 引脚（FPGA的13脚，位于QuickSOP核心板的左上角）输入，经过检测后测得的频率值用数码管1~8显示。

被测的频率信号由测频模块内部产生并输出到外部引脚，其频率对应关系如下表1所示：表1 输出引脚对应的频率值三、实验原理根据频率的定义和频率测量的基本原理，测定信号的频率必须有一个脉宽为1s的输入信号脉冲技术允许的信号；1s计数结束后，计数值锁入锁存器，并将下一测频计数周期作准备的计数器清零。

计数器在这里是由8个十进制计数器级联组成，如图1所示：图1 频率计计数器结构图四、实验步骤1)启动Quartus II 建立一个空白工程，然后命名为freqtest.qdf。

新建VHDL源程序文件freqtest.vhd、cnt10.vhd和scan_led.vhd，输入程序代码并保存（完整的VHDL程序参考程序清单1），分别进行综合编译。

若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直至编译成功为止。

2)选择目标期间并对相应的引脚进行锁定，在这里所选择的期间为Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8芯片，引脚锁定方法如下表2所示，将未使用的引脚设置为三态输入（一定要设置，否则可能会损坏芯片）。

表2 引脚锁定方法3)将freqtest.vhd设置为顶层实体。

对该工程文件进行全程编译处理，若在编译过程中发现错误，则找出并更正错误，直至编译成功为止。

4)连接硬件、下载程序。

（1）用实验箱配置的连线将核心板上的PACK区的引脚236、237、238和239分别于数码管显示去的COM3（DIG_COM）的DIG4~DIG7相对应连接。

8位十进制显示数字频率计(带周期)设计报告

EDA期末考试设计报告设计题目：8位十进制显示数字频率计(带周期测量) 学校：梧州学院系别：电子信息工程系班别：09电本2班姓名：陈迪学号：5组员：刘芸云王缉俭指导老师：黄玉健一、设计内容：8位十进制显示数字频率计(带周期测量)。

二、设计目的与要求：1、设计电路实现测量1~Hz方波信号的频率以及其周期，并以十进制的方式显示。

2、要求其数值用七段LED数码管或液晶屏显示。

3、在实验系统上硬件测试，验证此设计的功能。

4、画出实体图，设计原理图，要求用Protel设计出具体的电路原理图。

三、设计原理：8位十进制显示数字频率计（带周期测量）是由8位十进制频率计、8位十进制周期测量器和带锁存功能的64选32数据选择器构成。

频率计基准信号采用8Hz的方波信号，而周期测量采用基准信号为50MHz的方波信号。

其中，频率计和周期测量由相同的32位数据锁存器和8位十进制计数器及不同的测频控制电路构成。

为使电路设计更加简单快捷，且方便阅读与理解，本电路使采用模块化的设计思想，先由VHDL源程序对各个模块进行独立编写、测试，然后封装，再用原理图方式进行连接、整合与波形和硬件仿真。

例如将用CLOCK5、CLOCK2输入标准频率，CLOCK0输入被测频，用数码管显示频率和周期。

Protel 设计原理图：11223344DDCCBBA ADig0Dig0Dig0Dig0Dig0Dig0Dig0Dig064选32数据选择器测频控制(频率)8位十进制计数器32位数据锁存器A32位数据锁存器B测频控制（周期）8位十进制计数器FCLKFINSENPCLK选通信号锁存信号8Hz 标准信号50MHz 标准信号测试信号32位数据32位数据32位数据32位数据32位数据锁存信号锁存信号清零信号清零信号使能信号使能信号选通灯锁存灯7段数码管显示8位十进制频率计（带测周期）09电本2本陈迪刘芸云王缉俭1、频率测量的基本原理：根据频率的定义，若某一信号在T时间内重复变化N次，则可知该信号的频率为：f =N/T 对此可采用数字逻辑电路中的门电路来实现，如图：在与门端加入被测信号，另一端加宽度为T1的控制信号（称闸门信号），输出端仅能在T1时间内有波形的出现，然后送入计数器计数，得N*T2=T1所以f =N/T1。

基于VHDL八位频率计设计

SIGNAL TSTEN:STD_LOGIC; SIGNAL CLR_CNT:STD_LOGIC; SIGNAL LOAD:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY1:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY2:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY3:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY4:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY5:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY6:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY7:STD_LOGIC; SIGNAL CARRY8:STD_LOGIC; SIGNAL DIN:STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0); SIGNAL DOUT:STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);
• • • • • • • • • • • • •
ELSIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THEN IF ENA= '1' THEN IF CQI<9 THEN CQI<=CQI+1; ELSE CQI<=0;END IF; --大于9,则计数器清零 END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS (CQI) BEGIN IF CQI=9 THEN CARRY_OUT<= '1'; --进位输出 ELSE CARRY_OUT<= '0';END IF; END PROCESS; CQ<=CQI;
• 频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。这就要求TESTCTL的计数使能信号 TSTEN能产生一个1秒脉宽的周期信号,并对频率计的每一计数器CNT10的ENA使能端进行同步控制。当TSTEN高电平时,允许计数;低电平时,停止计数,并保持其所计的数。在停止计数期间,首先需要一个锁存信号LOAD的上跳沿将计数器在前1秒钟的计数值锁存进32位锁存器REG32B中,并由外部的7段译码器译出并稳定显示。锁存信号之后, 必须有一清零信号CLR_CNT对计数器进行清零, 为下1秒钟的计数操作作准备。为了产生这个时序图,需首先建立一个由D触发器构成的二分频器,在每次时钟CLK上沿到来时其值翻转。

8位十进制数字频率计设计

ห้องสมุดไป่ตู้
1.5 时序控制器设计
图11-9 7493真值表
图11-10 74154真值表
1.5 时序控制器设计
图11-11 图11-8电路的仿真波形
1.6 顶层电路设计与测试
图11-12 频率计顶层电路原理图
1.6 顶层电路设计与测试
图11-13 频率计工作时序波形
1.7 在FPGA中完成硬件实测
实测的内容有2项： 1. 能否完成正常的测频工作，即输入信号的频率与显示的数据是
1.2 设计一个两位十进制计数器
图11-5 图11-3电路的仿真波形
1.3 8位十进制计数器的设计
图11-6 8位十进制计数器电路：
CNT32B.bdf
1.4 32位寄存器设计
图11-7 由4个74374构成的32位寄存器电路：LOCK32.bdf
1.5 时序控制器设计
图11-8 频率计测频时序控制器电路
数字电子技术
8位十进制数字频率计设计
1.1 测频原理
图11-1 频率计模型框图
1.1 测频原理
图11-2 测频时序
1.2 设计一个两位十进制计数器
图11-3 两位十进制计数器电路图：COUNTER10.bdf
11.1 8位十进制数字频率计设计
1.2 设计一个两位十进制计数器
图11-4 74390的真值表
否一致，稳定性是否好； 2. 被测信号能达到的频率上限是多少，与计算机的时序分析结果
的一致性如何。需要注意的是，实测时CLK1的频率必须是 8Hz。如果没有，可以从其它信号分频得到。
数字电子技术

八位十进制频率计数器

Hefei UniversityEDA技术课程设计：八位十进制频率计数器专业： 13电子(1)班姓名：学号：指导老师：一、题目分析1、设计一个八位十进制的数字频率计：（1）、能对方波测频率（2）、能用数码管显示2、频率计设计原理及总设计框图（1）、频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为2秒。

闸门时间也可以大于或小于一秒。

闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每次测量一次频率的间隔越长。

闸门时间越短，测得频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。

本次的课程设计设计的频率计是测频法设计的八位十进制频率计，他有一个测频控制信号发生器，八个有时钟使能的十进制计数器，一个锁存器组成。

二、选择方案顶层文件用原理图连接，底层文件用VHDL语言。

这样整个设计清晰明了，结构直观。

三、细化框图（1）、测频率控制信号发生器测频测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。

这就要求测频率控制信号发生器的计数使能信号EN能产生一个1秒的脉宽的周期信号，并对频率计的每一个计数器CNT10的EN 使能端进行同步测控。

当TSTEN高电平时，允许计数；低电平时，停止计数，并保持其所计的数。

在停止计数期间，首先需要一个所存信号LOAD的上升沿将计数器在前一秒中的计数值所存进锁存器中，并由外部的7段译码器译出并稳定显示。

所存信号之后，必须有一个清零的信号对计数器进行清零，为下一秒的计数做准备。

（2）、计数模块该十进制计数模块有八个一位十进制计数器组成，计数器的特殊之处是：有一个时钟使能输入端EN，用于锁定计数器。

当高电平时计数允许，低电平时计数禁止。

该测频的八位十进制频率计的计数模块，先通过VHDL语言编写一位十进制计数器，再将其元件例化后搭建一个八位十进制计数模块。

（3）、所存模块所存模块是由锁存器构成的，主要是数据的稳定显示，不会由于周期性的清零信号而不断的闪烁。

EDA实验八位十进制数字频率计的设计1

实验四数字频率计的设计作者：杨环宇学号：11401701312所属学校：湖南工业大学完成时间：2013年10月28日1、实验目的1.掌握VHDL语言的基本结构。

2.掌握VHDL层次化的设计方法。

3.掌握VHDL基本逻辑电路的综合设计应用。

二、实验内容设计并调试好一个8位十进制数字频率计。

要求编写上述8位十进制数字频率计逻辑图中的各个模块的VHDL语言程序，并完成8位十进制数字频率计的顶层设计，然后利用开发工具软件对其进行编译和仿真，最后通过实验开发系统对其进行硬件验证。

三、实验条件1.计算机一台；2.Max+PlusII和Quartus II开发工具软件；3.EDA实验开发箱一台；4.编程器件：EP1K30TC144－3。

四、实验步骤1.根据测频控制信号发生器的基本原理编写TESTCTL模块的VHDL 程序，并对其进行编译和仿真，初步验证设计的正确性。

2.编写十进制计数器CNT10模块的VHDL程序，并对其进行编译和仿真，初步验证设计的正确性。

3.编写寄存器REG32B模块的VHDL程序，并对其进行编译和仿真，初步验证设计的正确性。

4.完成8位十进制数字频率计的顶层设计，并对其进行编译和仿真，初步验证设计的正确性。

5.利用开发工具软件，选择所用可编程逻辑器件，并对8位十进制数字频率计进行管脚配置。

6.通过下载电缆将编译后的*.pof文件下载到目标器件之中，并利用实验开发装置对其进行硬件验证。

五、实验原理图1是8位十进制数字频率计的电路逻辑图，它由一个测频控制信号发生器TESTCTL、8个有时钟使能的十进制计数器CNT10、一个32位锁存器REG32B组成。

以下分别叙述频率计各逻辑模块的功能与设计方法。

图1　8位十进制数字频率计逻辑图（2）十进制寄存器的源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CNT10 ISPORT (CLK:IN STD_LOGIC;CLR:IN STD_LOGIC;ENA:IN STD_LOGIC;CQ:OUT INTEGER RANGE 0 TO 15;CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);END ENTITY CNT10;ARCHITECTURE ART OF CNT10 ISSIGNAL CQI :INTEGER RANGE 0 TO 15;BEGINPROCESS(CLK,CLR,ENA)ISBEGINIF CLR= '1' THEN CQI<= 0;ELSIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THENIF ENA='1' THENIF CQI<9 THEN CQI<=CQI+1;ELSE CQI<=0; END IF;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS (CQI) ISBEGINIF CQI=9 THEN CARRY_OUT<= '1';ELSE CARRY_OUT<= '0';END IF;END PROCESS;CQ<=CQI;END ARCHITECTURE ART;32位锁存器的源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY REG32B ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;D: IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0 ));END ENTITY REG32B;ARCHITECTURE ART OF REG32B ISBEGINPROCESS(CLK,D) ISBEGINIF (CLK'EVENT AND CLK='1') THENQ<=D;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE测频控制信号发生器源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY TESTCTL ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; --1 Hz测频控制时钟 TSTEN:OUT STD_LOGIC; --计数器时钟使能CLR_CNT:OUT STD_LOGIC; --计数器清零LOAD:OUT STD_LOGIC); --输出锁存信号END ENTITY TESTCTL; ARCHITECTURE ART OF TESTCTL ISSIGNAL DIV2CLK :STD_LOGIC;BEGINPROCESS ( CLK ) ISBEGINIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THEN --1HZ 时钟二分频DIV2CLK<=NOT DIV2CLK;END IF;END PROCESS;PROCESS ( CLK,DIV2CLK ) ISBEGINIF CLK= '0' AND DIV2CLK = '0' THEN --产生计数器清零信号CLR_CNT<= '1';ELSE CLR_CNT<= '0'END IF;END PROCESS;LOAD<=NOT DIV2CLK; TSTEN<=DIV2CLK;END ARCHITECTURE ART;数字频率计的源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY FREQ ISPORT(FSIN:IN STD_LOGIC;CLK:IN STD_LOGIC;DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0));END ENTITY FREQ;ARCHITECTURE ART OF FREQ8 ISCOMPONENT CNT10 IS --待调用的有时钟使能的十进制计数器端口定义PORT(CLK,CLR,ENA:IN STD_LOGIC;CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT CNT10;COMPONENT REG32B IS --待调用的32位锁存器端口定义PORT(LOAD:IN STD_LOGIC;DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0));END COMPONENT REG32B;COMPONENT TESTCTL IS --待调用的测频控制信号发生器端口定义PORT(CLK:IN STD_LOGIC;TSTEN:OUT STD_LOGIC;CLR_CNT:OUT STD_LOGIC;LOAD:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT TESTCTL;SIGNAL SE,SC,SL:STD_LOGIC;SIGNAL S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8:STD_LOGIC;SIGNAL SD:STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);BEGINU0:TESTCTL PORT MAP(CLK=>CLK,TSTEN=>SE, CLR_CNT=>SC,LOAD=>SL); U1:CNT10 PORT MAP(CLK=>FSIN,CLR=>SC,ENA=>SE,CQ=>SD (3 DOWNTO 0),CARRY_OUT=>S1); --名字关联U2:CNT10 PORT MAP(CLK=>S1,CLR=>SC,ENA=>SE,CQ=>SD (7 DOWNTO 4),CARRY_OUT=>S2);U3:CNT10 PORT MAP(S2,SC,SE,SD (11 DOWNTO 8 ),S3); --位置关联U4:CNT10 PORT MAP(S3,SC,SE,SD (15 DOWNTO 12),S4);U5:CNT10 PORT MAP(S4,SC,SE,SD (19 DOWNTO 16),S5);U6:CNT10 PORT MAP(S5,SC,SE,SD (23 DOWNTO 20),S6);U7:CNT10 PORT MAP(S6,SC,SE,SD (27 DOWNTO 24),S7);U8:CNT10 PORT MAP(S7,SC,SE,SD (31 DOWNTO 28),S8);U9:REG32B PORT MAP(LOAD=>SL,DIN=>SD(31 DOWNTO 0),DOUT=>DOUT); END ARCHITECTURE ART;6、仿真波形设置T10仿真结果如下2. 32位锁存器仿真结果如下3.测频控制信号发生器仿真结果如下4.数字频率计仿真结果如下七、设计结论与总结：通过这次对EDA课程设计的进一步操作，能更好的在 Quartus II 上进行VHDL程序的编译及各个模块的仿真，虽然在实际操作过程中由于粗心造成了程序的缺失和错误，但都在老师和同学的帮助下一一解决了。

八位十进制频率计

图10.2是8位十进制数字频率计的电路逻辑图，它由一个测频控制信号发生器TESTCTL、8个有时钟使能的十进制计数器CNT10、一个32位锁存器REG32B组成。

以下分别叙述频率计各逻辑模块的功能与设计方法。

图10.2 8位十进制数字频率计逻辑图1) 测频控制信号发生器设计频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。

这就要求TESTCTL的计数使能信号TSTEN能产生一个1秒脉宽的周期信号，并对频率计的每一计数器CNT10的ENA 使能端进行同步控制。

当TSTEN高电平时，允许计数；低电平时，停止计数，并保持其所计的数。

在停止计数期间，首先需要一个锁存信号LOAD的上跳沿将计数器在前1秒钟的计数值锁存进32位锁存器REG32B中，并由外部的7段译码器译出并稳定显示。

锁存信号之后，必须有一清零信号CLR_CNT对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。

测频控制信号发生器的工作时序如图6.3所示。

为了产生这个时序图，需首先建立一个由D触发器构成的二分频器，在每次时钟CLK上沿到来时其值翻转。

其中控制信号时钟CLK的频率取1 Hz，而信号TSTEN的脉宽恰好为1 s，可以用作闸门信号。

此时，根据测频的时序要求，可得出信号LOAD和CLR_CNT的逻辑描述。

由图10.3可见，在计数完成后，即计数使能信号TSTEN在1 S的高电平后，利用其反相值的上跳沿产生一个锁存信号LOAD，0.5 s后，CLR_CNT产生一个清零信号上跳沿。

图10.3 测频控制信号发生器工作时序高质量的测频控制信号发生器的设计十分重要，设计中要对其进行仔细的实时仿真(TIMING SIMULA TION)，防止可能产生的毛刺。

其VHDL程序设计如下：-- TESTCTL.VHDLIBRARY IEEE；USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALLENTITY TESTCTL ISPORT (CLK：IN STD_LOGIC；--1 Hz测频控制时钟TSTEN：OUT STD_LOGIC；--计数器时钟使能CLR_CNT：OUT STD_LOGIC；--计数器清零LOAD：OUT STD_LOGIC)；--输出锁存信号END ENTITY TESTCTL；ARCHITECTURE ART OF TESTCTL ISSIGNAL DVI2CLK ：STD_LOGIC；BEGINPROCESS ( CLK ) ISBEGINIF CLK’EVENT AND CLK= ‘1’ THEN --1 HZ时钟二分频DIV2CLK<=NOT DIV2CLK；END IF ；END PROCESS；PROCESS ( CLK，DIV2CLK ) ISBEGINIF CL K= ‘0’ AND DIV2CLK = ‘0’ THEN --产生计数器清零信号CLR_CNT<= ‘1’；ELSE CLR_CNT<= ‘0’ ；END IF；END PROCESS；LOAD<=NOT DIV2CLK；TSTEN<=DIV2CLK；END ARCHITECTURE ART；2) 寄存器REG32B设计设置锁存器的好处是，显示的数据稳定，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。

八位十进制数字频率计设计报告

主控单元设计
MCU选型 1
选择功能强大、低功耗的ARM Cortex-M处理器
时钟电路 2
采用高精度晶振提供稳定的系统时钟
外围接口 3
包括GPIO、ADC、定时器、串口等外设接口
电源管理 4
整合电源调节电路以提供稳定电源主控单元是该频率计的核心,负责采集、处理和显示数据。我们采用性能强劲、功耗低的ARM Cortex-M系列MCU作为主控芯片,并设计高精度时钟电路, 同时集成丰富的外设接口和电源管理电路,以确保系统的稳定运行。
对设计、制造、使用环境等各个环节进行全面的可靠性分析和评估。
识别可能出现的失效模式,并采取相应的防范措施。
3 加速寿命测试
通过加速寿命试验,预测产品的实际使用寿命。
4 环境适应性
评估产品在不同环境条件下的性能和可靠性表现。
成本分析
主要原材料成本制造成本研发成本营销及管理成本
占总成本64% 占总成本25% 占总成本5% 占总成本6%
关键元器件选型
集成电路
根据系统功能需求，选择合适的微控制器、放大器、逻辑门电路等集成电路器件。
无源元件
选用合适的电阻、电容、电感等无源元件，满足电路的电压、电流和频率需求。
显示模块
根据显示内容和环境选择合适的LCD 、LED或OLED显示器件。
电源模块
选用适合的变压器、稳压器、开关电源等电源系统元件。
系统可以在相对湿度10%至95%的环境中稳定运行,确保设备在潮湿环境中也能可靠使用。
海拔适应
设计可在海拔0-5000米的高度环境中正常工作,适应不同地理环境的使用需求。
振动测试
系统通过严格的振动测试,能够承受5500Hz范围内的随机振动,抗击震能力强。

八位十进制数字频率计设计报告

题目：作者：学号：所属学院：专业年级：完成时间：8位十进制数字频率计的设计摘要数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号是方波信号。

数字频率计广泛应用于科研机构、学校、实验室、企业生产车间等场所。

研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断完善、性价比的提高和实用性的加强。

本文介绍了一种自顶向下分层设计多功能数字频率计的设计方法。

该频率计采用Verilog 硬件描述语言编程，以QuartusII为开发环境，极大地减少了硬件资源的占用。

数字频率计模块划分的设计具有相对独立性，可以对模块单独进行设计、调试和修改，缩短了设计周期。

所设计的Verilog语言通过仿真能够较好的测出所给频率并且满足数字频率计的自动清零和自动测试的功能要求，具有理论与实践意义。

关键词：Verilog ;数字频率计; EDA; QuartusII第一章EDA技术原理与概述1.1可编程逻辑器件基本原理FPGA[4-5]是一种高密度的可编程逻辑器件,自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来,FPGA的集成密度和性能提高很快,其集成密度最高达1000万门/片以上,系统性能可达300MHz。

由于FPGA器件集成度高,方便易用,开发和上市周期短,在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB （Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件。

与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL 及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

多功能8位十进制频率计数器的设计__本科毕业设计论文

江西理工大学应用科学学院毕业设计多功能8位十进制频率计数器的设计设计题目：多功能8位十进制计数器的设计学生学号：08060311205学生姓名：孔文尧专业班级：电信112指导教师：邓茜孔文尧：8位十进制数字频率计的设计摘要使用VHDL 语言来设计，画出流程图和仿真图，让设计的电路通过硬件仿真，再在下到相关器件上，指导满足要求，能实现电子自动化的过程。

使用该仪器测试所得到的信号的频率，有正弦波，有方波但是其信号必须按周期性变化，否则一定是机器坏了和操作不得当。

因此这个毕业设计，不但有力于让数字频率计的功能更强，也可以让成本降低和增加其实际作用。

所有的科研院所，学校，实验室，车间等商业机构都使用了大量的数字频率器或其相关产品。

因为它的使用性，价格也相当的低廉所以被人们广泛的使用和研究。

在这被人们所注意到，而且仿真可以提供更好的测量频率也会让实验的结果更加的精确，他能满足了数字频率计自动清零需求，当然也能满足自动化功能测试要求。

现在我们对他的研究途径它不仅仅在于容易阅读，也在于我可以控制精度，这也是很牛逼的。

最重要的是数字频率计，在高科技设备研发和数字卫星领域，数字通信应用等领域中有不俗的贡献。

[关键词]：VHDL 语言仿真频率计数器。

江西理工大学应用科学学院毕业设计SummaryUse c language to design, draw a flowchart and simulation map, so the design of the circuit by hardware emulation, and then next to the relevant device guidance to meet the requirements, to achieve the electronic automated process. Frequency signal obtained by the instrument test with a sine wave, but their well-wave signal must be periodically changed, the machine must be broken and the operation shall not be treated. So this graduation design, not only to make powerful digital frequency meter more powerful, but also allows cost reduction and increase its practical effect. All research institutes, schools, laboratories, workshops and other business organizations are using a lot of digital frequency or its related products. Because of its use, the price is quite low so been widely used and studied. In this been noticed, and simulation can provide better measurement frequency also make experimental results more accurate, he can meet the needs of the digital frequency meter is automatically cleared, of course, but also to meet the requirements of automated functional testing,Now we study the way for him it's not just that it is easy to read, but also that I can control precision, it is also very fast hardware. The most important is the digital frequency meter, high-tech equipment in the field of research and development and digital satellite, digital communications applications in other fields have good contributions.[Keywords]: c language simulation frequency meter.孔文尧：8位十进制数字频率计的设计目录第一章绪论 (1)1.1 频率计数器的背景 (1)1.2 频率计数器的研究意义 (1)1.3 毕业设计的大致介绍 (1)第二章数字频率计的基本原理 (3)2.1 测量频率的方法 (3)2.2 频率计的介绍 (3)2.4 时间和频率测量 (4)第三章数字频率计的硬件设计 (7)3.1实验原理 (7)3.2数字频率计的原理图 (9)3.3可编程逻辑器件基本原理 (8)第四章部分模块的设计仿真图 (11)4.1部分模块的仿真图 (11)4.2主要元件及功能模块说明 (16)4.3 测频控制电路 (16)4.4 32位锁存器 (17)4.5 计数器 (18)4.6 系统的软件设计 (18)4.7 FPGA开发板的介绍 (18)4.8部分程序代码 (18)江西理工大学应用科学学院毕业设计第五章总结和展望 (25)第六章致谢 (25)江西理工大学应用科学学院毕业设计第一章、绪论1.1 频率计数器的背景数字频率计在计算机的创新和通信设备，音响的制作以及其他重要生产视频的产品起着至关重要的作用，也包括测量设备的研究也有不俗的贡献，最重要的是，它对于数字电压分量是不可或缺的。

八位十进制数字频率计

频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。

其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。

通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。

频率计主要由四个部分构成:输入电路、时基(T)电路、计数显示电路以及控制电路。

在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。

数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。

许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。

二、设计目的（1）熟悉Quatus 11软件的基本使用方法。

（2）熟悉EDA实验开发系统的使用方法。

（3）学习时序电路的设计、仿真和硬件设计，进一步熟悉VHDL设计技术。

三、数字频率计的基本原理数字频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。

闸门时间也可以大于或小于一秒。

闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。

闸门时间越短，测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，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，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

八位十进制数字频率计的设计

2012~2013学年第二学期《数字系统设计》课程设计报告题目：数字频率计的设计班级：10电子信息（1）姓名：鲍学贵李闯王群卢军张力付世敏凌玲尹凡指导教师：周珍艮电气工程系2013年6月《数字系统设计》任务书摘要数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。

数字频率计广泛应用于科研机构、学校、实验室、企业生产车间等场所。

研究数字频率计的设计和开发，有助于频率计功能的不断完善、性价比的提高和实用性的加强。

本文介绍了一种自顶向下分层设计多功能数字频率计的设计方法。

该频率计采用VHDL 硬件描述语言编程，以QuartusII为开发环境，极大地减少了硬件资源的占用。

数字频率计模块划分的设计具有相对独立性，可以对模块单独进行设计、调试和修改，缩短了设计周期。

所设计的VHDL语言通过仿真能够较好的测出所给频率并且满足数字频率计的自动清零和自动测试的功能要求，具有理论与实践意义。

关键词：VHDL ;数字频率计; EDA; QuartusII目录第一章绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计意义 (1)1.3 本文的主要工作 (2)第二章数字频率计的系统分析 (3)2.1 8位十进制数字频率计系统设计的原理 (3)2.1.1 数字频率计的基本原理 (3)2.1.2 系统总体框架图 (3)2.2 8位十进制数字频率计设计任务与要求 (4)2.3 目标芯片FLEX10K (4)第三章各功能模块基于VHDL的设计与仿真 (6)3.1 8位十进制数字频率计的电路逻辑图 (6)3.2 测频控制信号发生器的功能模块及仿真 (6)3.3系统时钟分频的功能模块及仿真 (8)3.4 32位锁存器的功能模块及仿真 (9)3.4.1 锁存器 (9)3.4.2 锁存器的功能模块及仿真 (9)3.5 数码管扫描的功能模块及仿真 (10)3.6 数码管译码显示的功能模块及仿真 (12)3.7 十进制计数器的功能模块及仿真 (14)3.7.1 计数器 (14)3.7.2 十进制计数器的功能模块及仿真 (14)3.8 8位十进制数字频率计的仿真 (16)第四章结束语 (23)参考文献 (24)答辩记录及评分表 (25)第一章绪论1.1设计背景数字频率计[1]是电子测量与仪表技术最基础的电子仪表类别之一，数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，而且它是数字电压必不可少的部件。