等精度测频原理频率计

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1、学号:闻程设护题目采用等精度测频原理的频率计学院信息工程学院专业通信工程专业班级姓名指导教师152015课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题 目：采用等精度测频原理的频率计初始条件：本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等。本设计 也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。用数码管显示时间计数值。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1 周。2、技术要求： 设计一个等精度测频原理的频率计。 频率测量范围 19999。 其精度为 10的-4 次方。 用四位带小数点数码管显示其频

2、率。 具有超量程、欠量程提示功能。 确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路， 画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5 篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书 全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1、2014年丄月_5日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2014年丄月_6日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。2、2014年么月 Z 日 至 2014年月L日，方案选择和电路设计。2、 2015年丄月丄日 至2015年丄月_匸日，电路调试和设计说明书撰写。3、2015年丄月Z日上交课程设计成果及报告

3、，同时进行答辩。课设答疑地点：鉴主15楼电子科学与技术实验室。指导教师签名：系主任（或责任教师）签名：摘要伴随着集成电路(IC)技术的发展，电子设计自动化(EDA)逐渐成为重要的设计手段， 已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电系统或 电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计 算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发 展。数字频率计是一种基本的测量仪器。它被广泛应用与航天、电子、测控等领域。采 用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定，不随所测信号的变化而变化的特点。本 文首先综述了 EDA

4、技术的发展概况，FPGA/CPLD开发的涵义、优缺点，VHDL语言的 历史及其优点，概述了 EDA软件平台QUARTUSII;然后介绍了频率测量的一般原理， 利用等精度测量原理，通过FPGA运用VHDL编程，利用FPGA(现场可编程门阵列) 芯片设计了一个8位数字式等精度频率计，该频率计的测量范围为0-100MHZ，利用 QUARTUS II集成开发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到CPLD器件中，经实 际电路测试，仿真和实验结果表明，该频率计有较高的实用性和可靠性。关键词:电子设计自动化； VHDL 语言；频率测量；数字频率计AbstractThe Electronic Design A

5、utomation (EDA) technology has become an important design method of analog and digital circuit system as the integrated circuits growing. The EDA technology, which is closely connected with the electronic technology, microelectronics technology and computer science, can be used in designing electron

6、ic product automatically.Digital frequency meter is a basic measuring instruments. It is widely used in aerospace, electronics, monitoring and other fields. With equal precision frequency measurement accuracy to maintain a constant, and not with the measured signal varies.We firstly present some bac

7、kground information of EDA, FPGA/CPLD,VHDL and the EDA software platform QUARTUS II in this thesis;then introduced the general principle of frequency measurement, utilization of precision measuring principle, using VHDL programming, use of FPGA (Field Programmable Gate Array) chip design such as the

8、 precision of a digital frequency meter, this frequency meters measuring range is 0-100MHZ,use QUARTUS I integrated development environment for editing, synthesis, wave simulation, and download to the CPLD device, by the actual circuit testing, simulation and experimental results show that the frequ

9、ency meter has high practical and reliability.Keywords: Electronic Design Automation,VHDL, Frequency measurement,digital frequency meter目录摘 要 1ABSTRACT II目 录 III1. 绪 论 11.1电子设计自动化(EDA)发展概述21.1.1什么是电子设计自动化(EDA )21.1.2EDA的发展历史21.2基于 EDA 的 FPGA/ CPLD 开发41.2.1FPGA/CPLD 简介41.2.2用FPGA/CPLD进行开发的优缺点51.3硬件描述

10、语言(HDL)71.3.1VHDL语言简介71.3.2利用VHDL语言开发的优点81.4 QUARTUSII 概述 92. 频率测量 112.1 数字频率计工作原理概述 112.2 测频原理及误差分析 122.3.1 常用测频方案 122.3.2等精度测频原理 122.3.3 误差分析 13本章小结143. 数字频率计的系统设计与功能仿真 153.1 系统的总体设计 153.2 信号源模块 163.3 分频器 173.4 测频控制信号产生器 183.5 锁存器 193.6 十进制计数器 193.7 显示模块 203.7.1 显示模块设计 203.7.2 显示电路 213.7.3 译码器 22本

11、章小结 22结 论 23参考文献 24附录一频率计顶层文件 25附录二信号源模块源程序 26附录三分频器源程序 27附录四测频控制信号发生器源程序 29附录五32 位锁存器源程序 31附录六有时钟使能的十进制计数器的源程序 32附录七显示模块源程序 341. 绪 论21 世纪人类将全面进入信息化社会，对微电子信息技术和微电子 VLSI 基础技术将 不断提出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是 21 世纪若干年代中最为重要的和最 有活力的高科技领域之一。而集成电路(IC)技术在微电子领域占有重要的地位。伴随着 IC技术的发展，电子设计自动化(Electronic Design Automatio

12、n, EDA)己经逐渐成为重 要设计手段，其广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。EDA是指以计算机大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具， 通过有关开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑 化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片 的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一 门新技术1。VHDL (超高速集成电路硬件描述语言)是由美国国防部开发的一种快速设计电路 的工具，目前已经成为 IEEE(The Institute of Electrical and Electronic

13、s Engineers )的一 种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系 统硬件功能的能力，支持自顶向下(Top_Down )和基于库(LibraryBased )的设计的特 点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划 分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然 后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表， 下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路(ASIC)的设计。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

14、 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。随着复杂可编程逻辑 器件(CPLD)的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。将使整个 系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。数字频率计是通信设备、音、视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用VHDL 编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分外， 其余全部在一片FPGA芯片上实现。整个系统非常精简，且具有灵活的现场可更改性。本文用 VHDL 在 CPLD 器件上实现一种 8 位数字频率计测频系统，能够用十进制 数码显示被测信号的频率，不仅能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且能

15、对其他多种频率信号进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。11电子设计自动化（EDA ）发展概述111什么是电子设计自动化（EDA ）在电子设计技术领域，可编程逻辑器件（如PLD, GAL）的应用，已有了很好的普及。 这些器件为数字系统的设计带来极大的灵活性。由于这类器件可以通过软件编程而对其 硬件的结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这 一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程、乃至设计观念。纵观可编程逻 辑器件的发展史，它在结构原理、集成规模、下载方式、逻辑设计手段等方面的每一次 进步都为现代电子设计技术的革命与发展提供了不可或缺的强大动力。随着可编程逻辑 器件集成规模不断扩大，自身功能的不断完善和计算机辅助设计技术的提高，在现代电 子系统设计领域中的EDA便应运而生了。电子设计自动化（EDA）是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电 子技术、微电子技术的发展密切相关，吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果， 以高性能的计算机作为工作平台，是20世纪90年代初从CAD（计算机辅助设计）、 CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助