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基于EDA技术设计4位十进制数字频率计的系统方案
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2013-04-24
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适用于EDA方面的课程设计,做的比较差,有什么不明白的提问,希望对你有用
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课程设计说明书
目 录
1 引言.........................................................................................................................................................1
1.1 VHDL 介绍......................................................................................................................................1
1.2 系统原理.........................................................................................................................................1
1.3 系统原理转换图.............................................................................................................................2
1.4 系统封装图.....................................................................................................................................2
2 程序实现.................................................................................................................................................2
2.1 分频程序.........................................................................................................................................3
2.1.1
分频程序原理
..........................................................................................................................3
2.1.2
分频程序仿真
..........................................................................................................................3
2.2 位选程序.........................................................................................................................................4
2.2.1
位选程序原理
..........................................................................................................................4
2.2.2
位选程序仿真
..........................................................................................................................4
2.3 时钟程序.........................................................................................................................................4
2.3.1
时钟程序原理
..........................................................................................................................5
2.3.2
时钟程序仿真
..........................................................................................................................5
2.4 计数程序.........................................................................................................................................5
2.4.1
计数程序原理
..........................................................................................................................5
2.4.2
计数程序仿真
..........................................................................................................................6
2.5 BCD 码转换....................................................................................................................................6
2.5.1 BCD
码转换原理
.....................................................................................................................7
2.5.2 BCD
码程序仿真
.....................................................................................................................7
2.6.2
简易频率计硬件显示
..............................................................................................................9
3 心得体会...............................................................................................................................................10
参考文献..................................................................................................................................................11
附录..........................................................................................................................................................12
- 0 -
课程设计说明书
1 引言
1.1 VHDL 介绍
VHDL 是一种硬件描述语言,它可以对电子电路和系统的行为进行描述,
基于这种描述,结合相关的软件工具,可以得到所期望的实际电路与系统。
使用 VHDL 语言描述的电路,可以进行综合和仿真。然而,值得注意的是,
尽管所有 VHDL 代码都是可仿真的,但并不是所有代码都能综合。
VHDL 被广泛使用的基本原因在于它是一种标准语言,是与工具和工艺无
关的,从而可以方便地进行移植和重用。VHDL 两个最直接的应用领域是可编
程逻辑器件(PLD)和专用集成电路(ASIC),其中可编程逻辑器件包括复杂可编程
逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)。
关于 VHDL 最后 要说明 的是: 与常规 的顺序 执行的 计算机 程序不 同 ,
VHDL 从根本上讲是并发执行的。在 VHDL 中,只有在进程(PROCESS)、函数
(FUNCTION)和过程(PROCEDURE)内部的语句才是顺序执行的。
目前有多种 EDA 工具支持采用 VHDL 进行电路综合、仿真以及实现。比
较常见的是 Altera 公司的 QuartusⅡ 开发平台和 Xilinx 公司的 ISE 开发平台。这
些平台中使用的综合工具和仿真工具通常由专业的 EDA 厂商提供。本次设计中
所使用的平台正是 QuartusⅡ7.2,它是 Altera 公司提供的一套集成了编译、布局
布线和仿真工具在内的综合开发环境。它能完成从代码输入到编译到仿真再到
物理实现的全部设计流程。
1.2 系统原理
该程序通过元件例化实现,共分成五个部分程序,分别为分频(fenpin)程
序、位选(weixuan)程序、时钟(shizhong)程序、计数(jishu)程序、BCD
转换(bcdzhuaunhaun)程序。通过五个模块相互配合实现简易数字频率计的功
能,系统原理图如图 1-1 所示。
图 1-1 系统原理图
其实 现过程 为: 待测 方波信 号首先 通过分 频模块 ,产生 频率 为原来
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课程设计说明书
1/10,1/100,1/1000 及待测方波信号共四种方波信号,四种方波信号送入位选
功能模块。通过为选模块的四个输入按键控制选择经过分频处理后的四种方波,
此两个模块即实现四个测试信号档位的选择功能。位选模块所选择的测试信号
送入计数模块,从而得到输入信号频率。然后送入最后的 BCD 转换模块,将四
位十进制数据转化成四组 4 位 BCD 码,并且通过七段数码管显示出数值,读数
时乘上所选档位,从而得到待测输入信号频率值。计数模块为一分频程序,是
为产生一个 0.5Hz 的时钟脉冲送入计数模块,用以对待测方波频率测试。
1.3 系统原理转换图
图 1-2 系统原理框图
本次简易数字频率计设计系统共分为五个功能模块,如上图 1-2 所示,分
别为分频模块,位选模块,时钟模块,计数模块和 BCD 码转换模块。
1.4 系统封装图
图 1-3 系统封装图
系统封装图如图 1-3 所示,其中 fb 为待测试的方波输入端,clk 为系统时钟
频率输入端,rst 为复位端,k1 为频率计乘 1 档端,k2 为频率计乘 100 档,k3 为
频率计乘 1000 档。g1,g2,g3,g4 分别为四路档位对应的标志位,通过四个
LED 灯 点 亮 实 现 , g5 为 超 量 程 警 告 位 , 通 过 一 个 LED 灯 闪 烁 实 现 。
d1,d2,d3,d4 分别输出四位 BCD 码,并通过数码管显示,分别表示千位,
百位,十位,个位。当系统工作时,四个数码管所显示数据乘以档位即使所测
量的方波的频率。
2 程序实现
- 2 -
课程设计说明书
系统共包括五个底层文件和一个顶层文件,五个文件程序分别为分频程序,
位选程序,时钟程序,计数程序,BCD 码的转换程序,最后通过元件例化实现
系统的整体功能。
2.1 分频程序
2.1.1 分频程序原理
该部分程序将待测信号 fb1 作为为输入,以方波上升沿进行计数。该系统
需要乘 1 档,乘 10 档,乘 100 档,乘 1000 档,即进行 1 倍,10 倍,100 倍,
1000 倍的分频,则需要程序中计数器计分别计数到 5,50,500 时分别对四路输
出信号进行逻辑非运算。该程序封装图如下图 2-1 所示:
图 2-1 分频程序封装图
其中 fb1 为预测方波输入信号,ao,bo,co,do 分别为分频后的四路信号。
该部分用以实现对预测试的方波进行 1 倍,10 倍,100 倍,1000 倍的分频。
2.1.2 分频程序仿真
该部分程序仿真波形如下图 2-2 所示:
图 2-2 分频程序仿真图
分频模块中 fb1 为输入的待测方波信号,ao,bo,co,do 为四个输出信号,
分别为对输入 fb1 进行分频后以及本来方波信号,由图中可以看出 ao 频率与
fb1 频率相同,bo 频率为 fb1 频率的 1/10,co 频率为 fb1 频率的 1/100,do 频率
为 fb1 频率的 1/1000。
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