EDA简单频率计设计

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1、简单频率计设计物理与电子工程学院电子信息科学与技术专业2011级董思林指导教师何传红摘要：随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，因此测频计常受到人们的青睐。EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件语言为系统逻辑描述的主要方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件设计的电子系统到硬件系统的设计，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，其设计的灵活性使得EDA技术.快速发展和广泛应用。关键词：可编程逻辑器件；计数；分频；脉冲；扫描1引言在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且

2、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，频率的测量就显得非常重要。测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量具有精度高、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。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频号的频率测量。本设计采用直接测频法，以QuartusⅡ软件为设计平台，采用VHDL语言实现数字频率计的整体设计。伴随着集成电路（IC）技术的发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的设计手段，已经

3、广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术，微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。EDA的一个重要特征就是使用硬件描述语言（HDL第7页（共7页））来完成的设计文件，在电子设计领域受到了广泛的接受。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，有硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作，最终形成集成

4、电子系统或专业集成芯片的一门新技术。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。2设计原理2.1基本原理数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1秒）内信号发生周期变化的次数。在给定的1秒时间内对信号波形计数，并将所计数值显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的方波脉冲个数并显示出来。这就是数字频率计的基本原理。2.2系统框图通过测频控制信号发生器将由脉冲发生器产生的信号转换成所需要的控制信号clk1和en，待测信号计数器在en的控制下对待测信号进行

5、测量并通过锁存与译码器在clk1的控制下按要求进行显示，大体结构如图1所示：图2.2系统框图第7页（共7页）3整体功能介绍3.1计数器设计频率计的核心元件之一是含有时钟使能及进位扩展输出的十进制计数器。为此，这里用一个双十进制计数器器件74390和其他一些辅助元件来完成。电路框图如图3.1所示。图3.1含有时钟使能的2位十进制计数器图中，74390连接成两个独立的十进制计数器，待测频率信号clk通过一个与门进入74390的计数器“1”端的时钟输入端1CLKA。与门的另一端由计数使能信号enb控制：当enb=1时允许计数；enb=0时禁止计数。计数器1的4位输出q[3]、q[2

6、]、q[1]和q[0]并成总线表达方式，即q[3..0]，由图左下角的OUTPUT输出端口向外输出计数值。同时由一个4输入与门和两个反相器构成进位信号，进位信号进入第二个计数器的时钟输入端2CLKA。第二个计数器的4位计数输出是q[7]、q[6]、q[5]和q[4]，总线输出信号是q[7..4].这两个计数器的总得进位信号，可由一个6输入与门和两个反相器产生，由cout输出。clr是计数器的清零信号。对图3.1所示电路进行仿真，其波形图如下图3.1.1所示。第7页（共7页）图3.1.1仿真波形图3.2时序控制电路设计欲使电路能自动测频，还需增加一个测频时序控制电路，如图3.2

7、所示。该电路由三部分组成：4位二进制计数器7493、4-16译码器74154和两个由双与非门构成的RS触发器。图3.2测频时序控制电路3.3时钟分频模块设计由于设计中利用了一个50MHz的时钟信号输入，需要将其分频为合适的频率供给本设计中的各个模块。其程序代码如下：moduleCLK_DIV(CLK,DIVCLK);//时钟偶数分频模块inputCLK;//定义输入时钟outputDIVCLK;//定义输出时钟regDIVCLK;//定义寄存器reg[DIV_WIDTH-1:0]counter;//定义