数字显示频率计的设计课件

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1、数字显示频率计的设计,电气学院电工电子基础中心,可编程逻辑器件（PLD）设计方案,数字显示频率计的研制过程,二、设计步骤选择可行的方案，进行单元电路设计,三、安装(下载)调试先进行单元电路的调试，然后进行产品的调试。,四、总结整理实验总结报告,一、设计要求确定产品的性能指标,一、设计要求,用PLD器件ispLSI1016及4只7段动态显示数码管（一只用于量程显示）设计一只数字频率计，要求： 测频范围10.0Hz9.99KHz； 测量误差小于等于1%。 响应时间不大于15秒。 具有超量程显示功能。 频率计分成三个频段进行设计：,二、设计步骤,设计一个具有异步清零、计数/保持功能的101010进制

2、加法计数器。 设计频率计的控制电路，要求能产生10秒、1秒的闸门用相应的清零、锁存脉冲。 设计频率计的自动量程转换电路，要求能手动控制频段转换，超量程显示。将上述设计构成频率测量电路，并进行测试。 设计12位信号锁存电路、动态选通电路、显示电路、译码电路。构成一个完整的显示控制电路，并进行测试。 最终实现自动频段转换的3位数显频率计。,四、实验总结报告,频率计设计要求及方案分析。 频率计的整体设计思想及设计框图。 提供频率计单元电路（计数器、控制电路、自动量程转换电路、显示选通电路等）的具体设计说明、源程序及整体设计电路图。 频率计设计的重要调试过程，遇到具体问题的解决方法。 记录您设计的频率

3、计的测频结果（高中低三频段），并对测频精度、响应速度及量程转换过程等作出分析。 您对扩大本频率计的功能提高频率计的性能有何设想（要提供设计思路）？ 谈谈用PLD器件设计数字电路的体会，您认为用PLD器件较之用传统中规模数字器件设计数字系统有什么优缺点。 总结本次设计的收获、存在问题，并对选题、设计调试过程中的指导等方面提出您的意见与建议。,原理框图(静态显示),原理框图(动态显示),电路图,显示模块,锁存器,计 数 器,动态 显示 选通,锁存器,锁存器,计 数 器,计 数 器,自动量 程转换,译码器,控制电路,分频器,1KHz,输入信号,1Hz,8Hz,显 示,选通,小数点,溢出,电路单元,1

4、01010进制计数器,控制电路,自动量程转换,10分频电路,12位锁存器,动态显示选通电路,显示电路,显示译码电路,频率测量电路,动态显示电路,数显频率计电路,101010进制加法计数器,十进制加法计数器,输入信号： CLK输入脉冲； CLR清零脉冲； C_H保持信号（以后称为：闸门信号） （C_H0保持， C_H1允许计数）。 输出信号： QQ=Q3,Q2,Q1,Q0=Q3.Q0。 逻辑关系： 当C_H0时，输出保持不变。 当C_H1时，输出9，QQ=QQ+1。 输出9，QQ=0。,要点复习（一）,赋值运算： 不带时钟的赋值（组合输出）运算符（） 带时钟的赋值 （寄存输出）运算符（:）,管脚

5、及节点属性： 组合信号输出COM（例：a pin istype com;） 寄存器信号输出REG （例：a pin istype reg;）,指示字的使用： Dcset（随意值的设置）：用随意条件来帮助优化不完全规定的逻辑函数。,注意电路图的层次化,用文件扩展名来了解文件类型,时序电路中的点扩充命令： .CLK时钟输入（例：QQ.CLK=CLK;QQ的时钟信号为 CP） .AR异步寄存器复位 （例：QQ.AR=CLR;QQ的异步复 位信号为CLR） .FB寄存器反馈 （例：QQ:=QQ.FB+1;QQ输出1） .LH锁存器的锁存使能 （例：QQ.LH=LOCK;QQ的锁存 使能信号为LOCK）

6、,要点复习（二）,特殊常量： .C.-上升沿时钟输入 .X.-无关项 注意：特殊常量值用大小写均可，但是前后两个“”不能省略！,原理图中的符号修改： 在菜单中选取EditSymbol，选取需修改的符号，进入Symbol Editor图形编辑窗口，根据需要进行修改。 原理图中的图符编号修改： 在菜单中选取AddInstance Name，根据需要进行修改。 原理图中的导线属性修改： 在菜单中选取AddNet Name，根据需要进行修改。 原理图中的符号属性修改： 在菜单中选取AddSymbol Attribute，根据需要进行修改。,要点复习（三）,页面设置：FileSheet Setup。 图

7、符编辑：Editsymble。 绘图顺序：SymbleWireNet NameI/O Maker。 文件名与图符名：一定要有区别。 显示波形默认为十六进制。希望用二进制或十进制来检查。 每一个功能模块都要进行测试。 标识符对大小写敏感,要点复习（四）,十进制计数器.abl与.sch,十进制计数器.abv与waveform,TEST_VECTORS(CLK,C_H,CLR-QQ) REPEAT 2 .C.,0,0-.X.; REPEAT 12 .C.,1,0-.X.; REPEAT 2 .C.,1,1-.X.; REPEAT 3 .C.,0,1-.X.; REPEAT 3 .C.,1,1-.X.

8、; ,101010进制加法计数器,101010计数器测试矢量与仿真波形,TEST_VECTORS(CLK,C_H,CLR-QQ) REPEAT 2 .C.,0,0-.X.; REPEAT 115 .C.,1,0-.X.; REPEAT 2 .C.,1,1-.X.; REPEAT 5 .C.,0,1-.X.; REPEAT 10 .C.,1,1-.X.; ,频率测量原理与方法,两种频率测量的方法： 1.直接测量法 即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数。直接测量法适合于高频信号的频率测量。 2.间接测量法 如周期测量法。周期测量法，首先测出被测信号的周期Tx ，然后经过倒数运算得到信号频率Fx

9、=1/Tx 。为了保证低频信号（频率在几十Hz以下）的测频精度，最有效、方便的方法是周期测量法。,控制电路的设计,频率计的设计关键是控制电路的设计，控制电路产生频率测量所需的闸门、清零和锁存信号。这些信号具有一定的时序关系。 为了保证测量的精确性，在每次闸门信号变为高信号前，必须给计数器提供一个清零信号。当闸门信号为高电平时，计数器开始计数；当闸门信号为低电平时，计数器停止计数。 如果闸门宽度为1S，则闸门时间内计数器的计数值即为被测信号的频率；改变闸门宽度可以改变频率计的量程，闸门宽度越小，频率计的量程越大。另一种扩大量程的方法为：闸门宽度保持不变，对被测信号先进行分频，然后再对其测频。相对

10、来说，后者更加容易实现。,控制电路原理图,输入信号： F1-1Hz信号；F8-8Hz信号；SET-量程选择控制信号。 输出信号： C_H-闸门信号；CLR-清零信号；LOCK-锁存信号。,控制电路原理,在控制模块(KZ)中，F8为8Hz的时钟输入；F1为1Hz的时钟输入。SEL为量程选择控制端，当SEL=0时， 8Hz时钟进入JSQ15模块；当SEL=1时，1Hz时钟进入JSQ15模块，经JSQ15分频模块和BMQ编码模块后，分别产生闸门时间为1秒和10秒的闸门信号(C_H)，以及相应的清零信号(CRL)、锁存信号(LOCK)； 分频器的分频数应满足：最大产生10秒闸门信号，及清零信号、锁存信

11、号的时间。因此必须大于12分频，为了可靠起见，选择15分频。 编码器根据SEL信号，产生闸门时间为1秒(F8输入)或10秒(F1输入)的闸门信号，清零信号、锁存信号。以及它们之间的时序关系。,控制电路输出信号,闸门信号 当闸门信号为高电平时，计数器开始计数，反之计数器停止计数。改变闸门宽度可以改变频率计的量程，闸门宽度越小，频率计的量程越大。 清零信号 为了保证测频准确，在每次闸门信号开通前必须让计数器处在零状态，保证计数器每次都从零开始计数。 锁存信号 为了防止频率计的显示随着计数值的增加不断变化，不断闪烁。在计数器和显示、译码之间增加一级锁存电路。,闸门信号、清零信号及锁存信号时序关系,上

12、图给出了一个典型的由频率为8Hz的时钟源产生的闸门信号、清零信号和锁存信号。其中闸门高电平时间为1秒，清零信号和锁存信号有效时间各为一个时钟周期。,计数器测试矢量与仿真波形,TEST_VECTORS(CLK-QQ) 0-.X.; REPEAT 15.C.-.X.;,编码器的设计要点,选择信号，SEL=0,CLK=F8, SEL=1,CLK=F1。 当QQ=0 时，产生清零信号。 当QQ=14时，产生锁存信号。 当SEL0，且(0QQ9)时，输出1秒保持信号。 当SEL1，且0QQ11)时，输出10秒保持信号。,编码器测试矢量与仿真波形,TEST_VECTORS(QQ,SEL-C_H,CLR,L

13、OCK) CONST N=0; REPEAT 2 CONST M=0; REPEAT 15M,N-.X.; CONST M=M+1; CONST N=N+1;,控制电路测试矢量与仿真波形,TEST_VECTORS(SEL,F1,F8-C_H,CLR,LOCK) REPEAT 5 REPEAT 40,0,.C.-.X.; REPEAT 40,1,.C.-.X.; REPEAT 22 REPEAT 41,0,.C.-.X.; REPEAT 41,1,.C.-.X.; ,自动量程转换电路的设计,输入信号： CARRY-进位 HIGH-高位全零时等于0 LOCK-锁存 输出信号： OVER-溢出(在一

14、个闸门时间内，当最高位计数值由9变为0时，说明计数溢出，发出超量程信号。) S1-闸门(S1=0:产生1秒闸门。S1=1:产生10秒闸门。) S2-分频(S2=0:对被测信号不分频。S2=1:被测信号10分频后再测频。),分频信号(S2)与闸门信号(S1)的组合,S2S1=00 1秒闸门-不分频，中频段(100Hz999Hz)，无小数点。量程显示Hz。即：中频无小数点。 S2S1=01 10秒闸门-不分频，低频段(10.0Hz99.9Hz)，个位前小数点亮。量程显示Hz。即：低频个位小数。 S2S1=10 1秒闸门-10分频，高频段(1.00KHz9.99KHz)，十位前小数点亮。量程KHz。

15、即：高频十位小数。 S2S1=11 10秒闸门-10分频=S2S1=00。中频段(100Hz999Hz)，无小数点。量程显示Hz。,自动量程转换电路,如果超量程，且当前SS=10，发出超量程信号(OVER=1)。否则需要转向更高频段。即：从低频段(SS=01)转向中频段(S2S1=00)，或从中频段(SS=00)转向高频段(SS=10)。 注：SSS2,S1 如果没有超量程，计数器的最高位的4位二进制数不全为0，说明当前量程设置合理，频段SS的值不必变化。计数器的最高位的4位二进制数全为0，说明当前量程设置不合理，必须转向更低频段。即：从高频段(SS=10)转向中频段(SS=00)，或从中频段

16、(SS=00)转向低频段(SS=01)。 自动量程转换电路必须具有记忆功能，因此，需要使用寄存器变量，寄存器的时钟来自控制电路的锁存信号(LOCK)。,自动量程转换电路的设计要点,CARRY=0-无进位(最高位9） HIGH0-保持量程不变。 HIGH=0、SS=00(中频)或01(低频量程)SS=01(低频量程)。 HIGH=0、SS=10(高频量程)SS=00(中频量程)。 HIGH=0、SS=11(中频量程)SS=01(低频量程)。 CARRY=1-有进位(最高位=9) SS=01(低频量程)SS=00(中频量程)。 SS=00(中频)或SS=10(高频量程)SS=10(高频量程)。 SS=11(中频量程)SS=10(转向高频量程)。 注意：HIGH为最高位4位二进制数的状态 当全为0时，HIGH=0； 不全为0时