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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于CPLD的频率计设计 55内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于CPLD的频率计设计摘 要频率计是一种基本的测量仪器，频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。所以它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。复杂可编程逻辑器件（CPLD）具有集成度高、运算速度快、开发周期短等特点，它的出现，改变了数字电路的设计方法，增强了设计的灵活性。鉴于此，本文提出了一种基于CPLD的数字频率计的设计方法。该设计电路简洁，软件潜力得到充分挖掘，低频段测量精度高，有效防止了干扰的侵入。从实验结果上
2、看，采用CPLD设计的电子电路，可以弥补传统硬件电子电路设计中的不足。在硬件设计中不能完成的仿真实验可以在软件设计中实现，这是利用CPLD设计的最大优点。同时程序在EDA软件平台Max+plusII上编译仿真后使结果更加清晰，波形测试点读数精确，参数调节方便。因此软件仿真设计可以节省设计资源，减少设计步骤，缩短设计周期。关键词：频率计；EDA技术；CPLD；内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Design of the frequency meter based on CPLDAbstractFrequency meter is a basic measuring instrument,
3、and measuring electronics are the most basic one of the measurements. Because the strong anti-jamming is easy to transport, so the measurement accuracy of frequency signals can be higher. It is so widely used in aerospace, electronics, measurement and control fields and so on.Complex programmable lo
4、gic device (CPLD) has the of characteristics of highly integrated, high computing speed, shorter development cycle and so on, the appearance of it changs the methods of digital circuit design, and enhances design flexibility. In view of this, this paper produces a CPLD-based digital frequency meters
5、 design method. This designs circuit is simple, softwares potential is fully tapped and low-frequency measurements have high accuracy, effectively preventing the intrusion of the interference. The experimental results from the point of view, the use of CPLD design of electronic circuits can make up
6、for the traditional hardware designing electronic circuits deficiencies. Some simulation results can not be completed in the hardware design, but can be achieved in software design, this is the greatest advantages of the CPLD design. At the same time, the procedures can compile on the EDA software p
7、latform-Max+plusII, so that the results after the simulation are even more clear, readings of test point waveforms are accurate, parameters are adjusted facilitatily. Therefore the software simulation design can save resources, reduce design steps and shorten the design cycle.Key words: Frequency me
8、ter; EDA technology; CPLD;内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪 论11.1 基于CPLD的频率计系统设计工程背景11.2 频率计设计的目的和意义21.2.1 频率计设计的目的21.2.2 频率计设计的意义21.3 论文所做的工作及研究内容3第二章 设计环境介绍52.1 EDA技术的发展及VHDL简介52.1.1 EDA技术的发展52.1.2 CPLD器件及其特点62.1.3 VHDL简介62.2 基于EDA的CPLD/FPGA设计流程82.2.1 设计输入（原理图/HDL文本编辑）82.2.2 综合92.2.
9、3 适配92.2.4 时序仿真与功能仿真92.2.5 编程下载102.2.6 硬件测试102.3 Max+Plus开发工具102.3.1 Max+Plus的功能102.3.2 系统要求112.3.3 Max+Plus的设计过程11第三章 频率计的设计方案133.1 传统方法133.2 现代方法143.3 数字频率计的设计原理153.4 数字频率计的设计方法18第四章 频率计的硬件设计过程234.1 电源部分234.2 整形部分234.3 CPLD芯片244.4 显示部分254.5 报警部分274.6 键盘部分284.7 晶振部分28第五章 频率计的软件设计过程295.1 基于直接测频法设计部分
10、295.1.1 分频器模块295.1.2 闸门定时模块335.1.3测频控制信号发生器模块345.1.4计数器模块375.1.5锁存器模块395.1.6显示模块405.2 基于等精度测频法设计部分415.2.1校正模块415.2.2分频器模块415.2.3 D触发器模块425.2.4除法器模块435.2.5乘法器模块445.2.6高、低位转换模块445.3 模块下载45第六章 调试476.1 硬件调试476.2 软件调试486.3 结论50参考文献51附录A 设计源程序53直接测频法53等精度测频法57附录B 电路图63基于CPLD的频率计顶层电路设计图（1）-直接测频法63基于CPLD的频率
11、计顶层电路设计图（2）-等精度测频法64基于CPLD的频率计硬件电路设计图（3）-直接测频法65基于CPLD的频率计硬件电路设计图（4）-等精度测频法66致 谢67内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪 论1.1 基于CPLD的频率计系统设计工程背景20世纪后期，信息技术、电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的大大提高。微电子技术的进步使集成电路设计在不断地向超大规模、极低功耗和超高速的方向发展，在功能上，现代集成电路已能实现单片电子系统SOC（System on chip）的功能。进入九十年代后，
12、复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）已经成为ASIC的主流产品，在整个ASIC市场占有了较大的份额。它们一般具有可重编程特性，实现的工艺有EPROM技术、闪烁EPROM技术和EPROM技术，可用固定长度的金属线实现逻辑单元之间的互连。这种连续式结构能够方便地预测设计的时序，同时保证了CPLD的高速性能。CPLD的集成度一般可达数千甚至数万门，能够实现较大规模的电路集成。现代电子设计技术的核心是EDA（Electronics Design Automation）技术。就是依赖功能强大的计算机，使设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语
13、言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念，而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等等，因此EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。1.2 频率计设计的目的和意义1.2.1 频率计设计的目的随着科学技术与计
14、算机应用的不断发展，测量控制系统层出不穷。在被测信号中，较多的是模拟和数字开关信号。此外还经常遇到以频率为参数的测量信号。例如流量，转速晶体压力传感以及参变量频率转换后的信号等等。对于这些以频率为参数的被测信号通常采用测频法，频率的测量在生产和科研部门中经常使用，也是一些大型系统实时检测的重要组成部分。数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价
15、器等。因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛。随着数字电路的飞速发展，数字频率计的发展也很快。通常能对频率和时间两种以上的功能进行数字化测量的仪器，称为数字式频率计（通用计数器或数字式技术器）。 1.2.2 频率计设计的意义在传统的控制系统中，通常将单片机作为控制核心并辅以相应的元器件构成一个整体。但这种方法硬件连线复杂、可靠性差，且在实际应用中往往需要外加扩展芯片，这无疑会增大控制系统的体积，还会增加引入干扰的可能性。对一些体积小的控制系统，要求以尽可能小的器件体积实现尽可能复杂的控制功能，直接应用单片机及其扩展芯片就难以达到所期望的效果。 目前许多高精度的数字频率计都采用单片机加上外部的高速计数器来实现。然而单片机的时钟频率不高导致测速比较慢，并且在这种设计中，由于PCB板的集成度不高，导致PCB板面积大，信号走线长，因此难以提高计数器的工作频率。此外，PCB板的集成度不高还会使得高频信号容易受到外界的干扰，从而大大降低了测量精度。复杂可编程逻辑器件（CPLD）具有集成度高、运算速度快、开发周期短等特点，基于CPLD的数字频率计的设计电
