基于VHDL的数字显示频率计的设计

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EDA课程设计

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EDA课程设计报告书

课题名称 基于VHDL的数字显示频率计的设计 姓 名 学 号 院 系 专 业 指导教师

一、 设计任务及要求： 1.1设计任务 做一个四位十进制显示数字频率计。 1.2设计要求 （1）设计一个能测量方波信号的频率的频率计。 （2）测量的频率范围是0~9999Hz。 （3）结果用十进制数显示。 指导教师签名： 年 月 日 二、指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日 三、成绩 验收盖章 年 月 日 1

基于VHDL的数字显示频率计的设计

1设计目的

通过EDA的试验设计，加深我们对FPGA的了解，熟悉FPGA的工作原理和试验环境，知道FPGA的开发流程，熟悉各种软件如Quartus II 6.0的使用。通过设计小型试验项目学会仿真和硬件测试的基本方法。

2设计的主要内容和要求

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更加重要。通过运用VHDL语言，实现4位数字频率计，并利用Quartus II 6.0集成开发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到FPGA器件中，经实际电路测试，该系统性能可靠。

3 整体设计方案

3.1四位十进制数据显示频率计设计

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、

测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。数字式频率计的测量原理有两类：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，通常采用计数器、数据锁存器及控制电路实现，并通过改变计数器阀门的时间长短在达到不同的测量精度；间接测频法适用于低频信号的频率测量，本设计中使用的就是直接测频法，即用计数器在计算1S内输入信号周期的个数。 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。随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

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3.2具体设计方法

本实验通过频率控制模块，将时钟信号clk两分频后分别取反赋给所存使能和计数是能端，这样计数完成后就能实现数据的锁存，当计数使能和锁存使能同时无效，基都出现低电平的时候，计数复位信号有效，将计数器清零，重新开始计数。根据频率的定义和频率测量的基本原理，测定信号的频率必须有一个脉宽为1秒的脉冲计数允许信号，1秒计数结束后，计数值（即所测信号频率）锁入锁存器，并为下一次测频作准备，即将计数器清零。

3.3原理框图：

被测信号译码显示计数器锁存器频率控制部分 图3.3 实验原理框图

4. 实验程序和原理图模块

4.1四位十进制加法计数器模块

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity cnt4 is --实体声明

port(clk,rst,ena:in std_logic; --端口声明clk,rst,ena是标准逻辑位类型输入端口 q0,q1,q2,q3:buffer std_logic_vector(3 downto 0);

cout: out std_logic); --端口声明cout是输出端口， end cnt4;

architecture one of cnt4 is

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signal en1,en2,en3:std_logic; --内部信号声明 begin

process(clk,rst,ena) --描述四位十进制加法器的功能 begin

if rst='1' then q0<=\ --复位信号

elsif clk'event and clk='1' then --时钟上升沿来到时执行下一条语句 if ena='1' then --使能允许

if q0=\ --当q0等于9时清零，其他则加1 end if; end if; end if;

if q0=\当q0进位则将en1置位为1 end process;

process(clk,rst,en1) --对第二位十进制计数器进行功能描述 begin

if rst='1' then q1<=\

elsif clk'event and clk='1' then --上升沿时钟信号来到则执行下一条指令 if en1='1' then --当en1=1即第一位十进制计数器有进位时执行下一指令 if q1=\end if; end if;

if q1=\end process;

process(clk,rst,en2) --对第三位十进制计数器进行相似功能描述 begin

if rst='1' then q2<=\elsif clk'event and clk='1' then if en2='1' and en1='1' then

if q2=\end if;

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