基于eda的数字频率计的设计

基于eda的数字频率计的设计内容摘要：

基准信号图 2第二章 频率计测量频率的层次化设计方案 4 位十进制计数器模块4 位十进制计数器模块包含 4 个级联十进制计数器，用来对施加到时钟脉冲输入端的待测信号产生的脉冲进行计数，十进制计数器具有集束使能、清零控制和进位扩展输出的功能。 使能信号和清零信号由闸门控制模块的控制信号发生器所产生来对 4 个级联十进制计数器周期性的计数进行控制。 (1)十进制计数器元件的设计十进制计数器的程序如下：library ieee。 use。 use。 entity jishu10 isport(clk,rst,en:in std_logic。 cq:out std_logic_vector(3 downto 0)。 cout:out std_logic)。 电子与电气工程学院 毕业设计论文 9 9end jishu10。 architecture behav of jishu10 isbeginprocess(clk,rst,en)variable cqi:std_logic_vector(3 downto 0)。 beginif rst=39。 139。 then cqi:=(others=39。 039。 )。 elsif clk39。 event and clk=39。 139。 thenif en=39。 139。 thenif cqi9 then cqi:=cqi+1。 else cqi:=(others=39。 039。 )。 end if。 end if。 end if。 if cqi=9 then cout=39。 139。 else cout=39。 039。 end if。 cq=cqi。 end process。 end behav。 在源程序中 COUT 是计数器进位输出；CQ[3..0]是计数器的状态输出；CLK 是始终输入端；RST 是复位控制输入端，当 RST=1 时， CQ[3..0]=0；EN 是使能控制输入端，当 EN=1 时，计数器计数，当 EN=0 时，计数器保持状态不变。 编译成功后进行仿真，其仿真波形如下：电子与电气工程学院 毕业设计论文 10 10图 3在项目编译仿真成功后，将设计的十进制计数器电路设置成可调用的元件，用于以下的顶层设计。 图 4(2）4 位十进制计数器的顶层设计新建一个原理图编辑窗，从当前的工程目录中凋出 4 个十进制计数器元件，并按如图所示的 4 位十进制计数器的顶层原理图完成电路连接。 电子与电气工程学院 毕业设计论文 11 11图 5完成 4 位十进制计数器的原理图编辑以后，即可进行仿真测试和波形分析，其仿真输出波形如图所示，当 RST=0、EN=1 是其计数值在 0 到 9999 之间循环变化，COUT 为计数进位输出信号，作为后面的量程自动切换模块的输入脉冲。 图 6电子与电气工程学院 毕业设计论文 12 12因此仿真结果正确无误，可将以上设计的 4 位十进制计数器设置成可调用的元件，以备高层设计中使用，其元件符号图如下图所示。 图 7 控制模块设计1）闸门信号的设计频率计电路工作时先要产生一个计数允许信号（即闸门信号） ，闸门信号的宽度为单位时间，如 1S。 在闸门信号有效时间内，对被测信号计数，即为信号的频率。 该频率计电路的精度取决于闸门信号 T。 本设计中选取的基准信号频率为 750khz，为了得到 1s 高电平的周期性闸门信号，本设计采用对频率为 750khz 基准信号先进行 75 分频，再进行 3 个 10 分频，最后进行11 分频，再用非门对分频出的信号进行取非变换，这样得到的门闸信号高电平为 1 秒钟。 （1）75 进制计数器的程序如下：library ieee。 use。 use。 entity jishu75 isport(clk,rst,en:in std_logic。 cq:out std_logic_vector(7 downto 0)。 cout:out std_logic)。 end jishu75。 电子与电气工程学院 毕业设计论文 13 13architecture behav of jishu75 isbeginprocess(clk,rst,en)variable cqi:std_logic_vector(7 downto 0)。 beginif rst=39。 139。 then cqi:=(others=39。 039。 )。 elsif clk39。 event and clk=39。 139。 thenif en=39。 139。 thenif cqi74 then cqi:=cqi+1。 else cqi:=(others=39。 039。 )。 end if。 end if。 end if。 if cqi=74 then cout=39。 139。 else cout=39。 039。 end if。 cq=cqi。 end process。 end behav。 编译成功后生成元件图如下：电子与电气工程学院 毕业设计论文 14 14图 8（2）11 进制计数器的程序如下：library ieee。 use。 use。 entity jishu11 isport(clk,rst,en:in std_logic。 cq:out std_logic_vector(3 downto 0)。 cout:out std_logic)。 end jishu11。 architecture behav of jishu11 isbeginprocess(clk,rst,en)variable cqi:std_logic_vector(3 downto 0)。 beginif rst=39。 139。 then cqi:=(others=39。 039。 )。 elsif clk39。 event and clk=39。 139。 then电子与电气工程学院 毕业设计论文 15 15if en=39。 139。 thenif cqi10 then cqi:=cqi+1。 else cqi:=(others=39。 039。 )。 end if。 end if。 end if。 if cqi=10 then cout=39。 139。 else cout=39。 039。 end if。 cq=cqi。 end process。 end behav。 编译成功后生成元件图如下：图 92）.D 触发器的设计其程序如下：library ieee。 use。 电子与电气工程学院 毕业设计论文 16 16entity reg_2 isport(clk,d:in std_logic。 q:out std_logic)。 end reg_2。 architecture behav of reg_2 issignal q1:std_logic。 begin process(clk)begin if clk39。 event and clk=39。 139。 then q1=d。 end if。 end process。 q=q1。 end behav。 编译成功后生成如下元件图：图 10电子与电气工程学院 毕业设计论文 17 17将生成的 75 进制计数器、11 进制计数器、10 进制计数器和非门按下图连接来得到1S 高电平门闸信号。 图 11将其电路图进行仿真，其仿真波形如下：图 12对照其仿真波形，其输出门闸信号高电平为 1S，符合设计，将其电路生成如下元件电子与电气工程学院 毕业设计论文 18 18图，以便顶层调用。 图 132）.控制信号发生器模块该模块主要根据输入高电平的 1S 闸门信号，产生计数允许信号 EN，该信号的高电平的持续时间即计数允许时间，与输入的门闸控制时钟脉冲周期相同；产生清零信号RST，在计数使能前对计数器先清零；产生存储信号 LOAD，在计数结束后，利用上升沿把最新的频率测量值保存在显示寄存器中。 为了产生清零信号 RST，使能信 EN 和存储信号 LOAD。 不失一般性，控制信号发生器用 74161 构成 4 分频计数器，用一个与非门，一个或非门和一个异或门实现 3 种译码状态，与闸门模块按下图连接。 图 14编译成功后进行仿真，其仿真波形如下：电子与电气工程学院 毕业设计论文 19 19图 15该功能正确无误后生成的元件符号图如下图所示。 图 16 分频模块的设计当被测频率超出量程时，设计分频模块对被测频率进行分频衰减，单位上升，从而扩大测量频率的范围。 1).四选一数据选择器四选一数据选择器的程序如下：library ieee。 use。 电子与电气工程学院 毕业设计论文 20 20use。 entity si_xuan_1 isport(a,b,c1,c2,c3,c4:in std_logic。 y:out std_logic)。 end si_xuan_1。 architecture behav of si_xuan_1 issignal x:std_logic_vector(1 downto 0)。 beginprocess(a,b)beginx=bamp。 a。 case x is。