基于vhdl数字频率计设计说明书

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1、一、设计功能与要求设计数字频率计，满足如下功能：（1）用VHDL语言完成数字频率计的设计及仿真。（2）频率测量范围：1∼10KHz，分成两个频段，即1∼999Hz，1KHz∼10KHz，用三位数码管显示测量频率，且用LED（发光二极管）来表示所显示单位，我们这里定义亮绿灯表示以Hz为单位，亮红灯表示以KHz为单位。（3）具有自动校验和测量两种功能，即既能用于标准时钟的校验，同时也可以用于未知信号频率的测量。（4）具有超量程报警功能，在超出目前所选量程档的测量范围时，会发出音响报警信号。二、设计思路通

2、过计算已知单位时间内待测信号的脉冲个数来计算被测信号的频率，同时通过动态扫描方式在三个数码管上显示出测得频率值。如下图1的系统框图所示，计数器对CP信号进行计数，在1秒定时结束后，将计数器结果送锁存器锁存，并通过时钟下降沿将不再变化的测量值送至数码管显示。在下一个计数时钟信号上升沿到来时，再次重新计数。图1系统设计框架图39系统各个模块介绍如下:（1）测量/校验选择模块：输入信号：选择信号selin，被测信号measure，标准校验信号test；输出信号：CP；当selin=0时，为测量状态，CP=

3、measure；当selin=1时，为校验状态，CP=test。校验与测量共用一个电路，只是被测信号CP不同而已。（2）测频控制信号发生器（二分频）：输入信号：1Hz时钟信号clk；输出信号：1秒钟高电平基准信号clk1（周期为2秒）；（3）四级十进制计数器模块（带进位C）：输入信号：clk1、CP，用于计数开始、清零、锁存。输出信号：q4～q1设置超出量程档测量范围示警信号alert。若被测信号频率小于1KHz（K=0），则计数器只进行三级十进制计数，最大显示值为999.Hz，如果被测信号频率超过

4、此范围，示警信号扬声器报警；若被测信号为1KHz~10KHz（K=1），计数器进行四位十进制计数，取高三位显示，最大显示值为9.99KHz，如果被测信号频率超过此范围,示警信号扬声器报警。（4）送存选择、报警电路模块。表1送存选择、报警电路状态表量程控制计数器锁存小数点位置报警信号Kq4（0）Cd3d2d1alert001101XX0001q3q2q1q3q2q1q4q3q2q4q3q2右第一位右第一位左第一位左第一位0101设置：量程档控制开关K，单位显示信号unit。当K=0时，为1~999Hz

5、量程档，数码管显示的数值为被测信号频率值，unit显示绿色，即单位为Hz；当K=1时，为1KHz~10KHz量程档，被测信号频率值为数码管显示的数值乘1000，unit显示红色，即单位为KHz。39（5）锁存器模块。输入信号：d3～d1，ld。输出信号：q1，q2，q3，小数点单位显示unit_display。（6）扫描显示模块。输入信号：q1，q2，q3，扫描时钟scan_clk。输出信号：数码管选择信号sel，ledout。三、仿真与分析：（1）测量与显示：测量信号图2modelsim下仿真由上

6、图2仿真结果可知，选择k=0，绿灯表示量程为Hz。在范围内，数码管最低位亮小数点，满足设计要求。39图3modelsim下仿真由上图3仿真结果可知，选择k=1，绿灯表示量程为KHz。在范围内，数码管最高位亮小数点，满足设计要求。图4modelsim下报警仿真由图4仿真结果可知，选择k=1，绿灯表示量程为KHz。超出测量范围，报警信号alert拉高，触发报警信号，上述设计满足要求。图5modelsim下报警仿真由上图5仿真结果可知，选择k=0，绿灯表示量程为Hz。超出测量范围，报警信号alert拉高，

7、触发报警信号，上述设计满足要求。39四、源代码：源代码一共由九部分组成，以下我们将对这九部分进行逐一介绍：（1）顶层例化模块：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityf_counterisport(clk,selin,test,measure,K:instd_logic;alert,led_red,led_green:outstd_logic;ledout:outstd_logic_vec

8、tor(7downto0);--端口定义sel:outstd_logic_vector(2downto0));endf_counter;architecturef_counteroff_counteriscomponentdiv_clkport(clk:instd_logic;clk1:outstd_logic);endcomponent;componenttm_selport(selin,test,measure:instd_logic;CP:outstd_logi