频率计实验报告

频率计实验报告 信息工程 实验任务及要求：1. 设计一个可测量的数字式频率计，测量范围为1Hz-12MHz。2. 用层次化的设计方法设计该电路，编写各个功能模块的程序。3. 仿真各功能模块，通过观察有关波形确认电路设计是否正确4. 完成电路设计后，通过在实验系统上下载，验证设计的正确性实验原理分析：根据总的设计图可知：8位十进制数字频率计的设计有一个测频控制信号发生器TESTCTL，8个有时钟使能的十进制数字计数器CNT10，一个32位锁存器REG32B组成。测频控制信号发生器的设计原理和要求：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1秒脉宽的周期信号，并对频率计的每一个计数器CNT10的ENA使能端进行不同控制。当高电平时允许计数，低电平时停止计数，并保持所计的数。在停止计数的期间，首先需要一个锁存信号的上跳沿将计数器在前一秒的计数值锁存进位锁存器REG32B中，且由外部的七段译码器译出并稳定显示。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。锁存信号之后，必须有一个清零信号CLR_CNT对计数器进行清零，为下一秒钟的计数操作做准备，测频控制信号发生器的工作时序为周期2秒，占空比为0.5的方波，为了产生的方波，需首先建立一个由D触发器构成的二分频器，在每秒时钟CLK上升沿到来时使其翻转，其中控制信号时钟CLK的频率为1Hz,那么信号TSTEN的脉宽恰好为1秒，可以用作闸门信号，然后根据测频的时序要求，可得出信号Load和CLR_CNT的逻辑描述，在一个计数完成后，即计数使能信号TSTEN在1秒的高电平后，利用其反向值的上升沿产生一个锁存信号Load，0.5秒后，CLR_CNT产生一个清零信号跳沿。各个模块的源程序如下所示：TESTCTL仿真波形：REG32B仿真波形：分析：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。若已有32位BCD码存在于此模块的输入口，在信号LOAD的上升沿后即被锁存到寄存器REG32的内部，并由REG32的输出端输出，然后由实验板上的7段译码器译成能在数码管上显示输出的相对应的数值CNT10仿真波形：功能分析：此十进制计数器的特殊之处是，有一时钟使能输入端，用于锁定计数值，。当高电平时计数允许，低电平时禁止计数。采用元件例化方式生成的顶层电路源代码如下所示：由上图生成的顶层电路图如下所示：（说明，由代码生成的电路图元件布局不够直观，此处做了些调整）引脚映射以及实验箱下载 本次设计我们采用GW48 EDA实验箱，选择芯片EP1K30TC144-1，选择模式0，引脚锁定如下表所示：NodePin1CLK542DOUT0303DOUT1314DOUT2325DOUT3336DOUT4367DOUT5378DOUT6389DOUT73910DOUT84111DOUT94212DOUT106513DOUT116714DOUT126815DOUT136916DOUT147017DOUT157218DOUT167319DOUT177820DOUT187921DOUT198022DOUT208123DOUT218224DOUT228325DOUT238626DOUT248727DOUT258828DOUT268929DOUT279030DOUT289131DOUT299232DOUT309533DOUT319634FSIN126在实验箱上选择CLOCK2输入为1Hz，模式选择模式0，引脚映射如上表所示。实验现象：实验总结： 本次实验中，10进制计数器和REG32B(类似于D触发器，只是输入和输出为一定长度的矢量)都比较容易编程和修改，较为复杂也较为核心的部分是测频控制信号发生器的构成，它是用来控制8个十进制计数器的使能工作和清零工作以及32位锁存器的存储工作，整个测量过程中，8个十进制计数器不是一直工作，一直在测量的，而是间隔一个周期(1秒)来测量频率的方波峰值，这是频率计工作的核心所在。在上面的顶层电路图上，每一个网络标号所标示的输出都对应一个数码管。通过频率计的设计仿真与实际操作，我逐渐学会并熟悉使用软件，逐渐了解VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，将理论的知识验证后，才能真正学以致用，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在实验中也要注意一些细节问题，比如在实时仿真过程中注意可能产生的毛刺，本次实验过程中，最大的问题还是在于测频控制信号发生器的程序编写上，虽然找到了测频器的相关资料，但一直没有深入理解，仿真的时候出现很多错误，在不断的修改中慢慢理解了它的工作原理。参考资料：.潘松，王国栋，VHDL实用教程. 成都：电子科技大学出版社，2001.李衍，EDA技术入门与提高西安：西安电子科技大学出版社，2005 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）