基于vhdl的数字频率计设计--毕业论文

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1、【标题】基于VHDL的数字频率计设计【作者】冉合高【关键词】VHDL  硬件描述语言  数字频率计  设计  仿真  硬件测试【指导老师】李金田【专业】电子信息科学与技术【正文】1 绪论1.1 数字频率计设计现状随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和设备。数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。 在电子系统非常广泛的应用领域内，

2、到处可以见到处理离散信息的数字电路。供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术[1]。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。数字频率计是数字电路中的一个典型应用[2]，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

3、靠性。数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器，不但要求电路能产生频率准确及稳定度高的信号，而且还能方便的改变频率。 数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式[3]和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中；锁相式的优点是实现相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化；直接数字式的优点是电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。随着单片锁相式数字频率计的发展，锁相式和数字式容易实现系列化、小型化、模块化

4、和工程化，性能也越来越好，已逐步成为两种最为典型，用处最为广泛的数字频率计。1.2  硬件描述语言综述1.2.1 硬件描述语言的简述硬件描述语言是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言[4]。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。以电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换

5、为要实现的具体电路布线结构。目前，这种高层次(high-level-design)的方法已被广泛采用。据统计，目前在美国硅谷约有90%以上的ASIC和FPGA采用硬件描述语言进行设计。 　　硬件描述语言的发展至今已有近30年的历史了，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到20世纪80年代，已出现了上百种硬件描述语言，对设计自动化曾起到了极大的促进和推动作用。但是，这些语言一般各自面向特定的设计领域和层次，而且众多的语言使用户无所适从。因此，急需一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言

6、。20世纪80年代后期，VHDL和VerilogHDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE标准。 　现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、CynlibC++等等。究竟选择哪种语言进行设计，整个业界正在进行激烈的讨论。因此，完全有必要在这方面作一些比较研究，为EDA设计做一些有意义的工作，也为发展我们未来的芯片设计技术

7、打好基础。1.2.2 硬件描述语言的发展历程VHDL 早在1980年，由于美国军事工业需要描述电子系统的方法，美国国防部开始进行VHDL的开发。1987年，由IEEE（InstituteofElectricalandElectro-nicsEngineers）将VHDL制定为标准。参考手册为IEEEVHDL语言参考手册标准草案1076/B版，于1987年批准，称为IEEE1076-1987。应当注意，起初VHDL只是作为系统规范的一个标准，而不是为设计而制定的。第二个版本是在1993年制定的，称为VHDL-93，增加了一些

8、新的命令和属性。 虽然有“VHDL是一个4亿美元的错误”这样的说法，但VHDL毕竟是1995年以前唯一制订为标准的硬件描述语言，这是它不争的事实和优势。同时它确实比较麻烦，而且其综合库至今也没有标准化，不具有晶体管开关级的描述能力和模拟设计的描述能力。目前的看法是，对于特大型的系统级数字电路设计，VHD