基于VHDL语言与FPGA的等精度频率计设计说明.doc

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1、第一章绪论随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式就可以完成对系统硬件功能的实现。而等精度的频率计设计正是利用了EDA技术的这一优越性。1.1EDA技术现代电子设计技术的核心是EDA（ElectronicDesignAutomation）技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(HardwareDesignLanguage)为系统逻辑描述

2、手段完成的设计文件,并自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术使得设计者的工作仅限于软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE

3、）技术译介多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建设模和优化技术及长线技术理论等。因此EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。在现代化技术的所有领域种，得以飞速发展的科学技术多为计算机辅助设计，而非自动化设计。显然，最早进入设计自动化的技术领域之一是电子技术，这就是为什么电子技术始终处于所有科学技术发展最前列的原因之一。不难理解，EDA技术已不是某一学科的分支，或某种新的技能技术，它应该是一门综合性学科。它融合多学科于一体，又渗透于

4、各学科之中，打破了软件和硬件简的壁垒，使计算机的软件技术于硬件实现、设计效率和产品性能合二为一，它代表了电子设计技术合应用技术的发展方向。1.2频率测量方法概述对于频率测量所提出的要求，取决于所测频率围和测量任务。主要有直读法、比较法、计数法。直读法又称利用无源网络频率特性测频法，它包含有电桥法和谐振法。比较法是将被测频率信号与已知频率信号相比较，通过观、听比较结果，获得被测信号的频率。属比较法的有：拍频法、差频法、示波法。计数法又电容充电式和电子计数式两种。前者是利用电子电路控制电容器充放电的次数，再用磁电式仪表测

5、量充、放电电流的大小，从而指示出被测信号的频率值。后者是根据频率的定义进行测量的一种方法，他是用电子计数器显示单位时间通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。常用的直接测频方法主要有测频法和测周期法两种。测频法就是在确定的闸门时间Tw，记录被测信号的变化周期数（或脉冲个数）Nx，则被测信号的频率为：fx=Nx/Tw。测周期法需要有标准信号的频率fs，在待测信号的一个周期Tx，记录标准频率的周期数Ns，则被测信号的频率为：fx=fs/Ns。这两种方法的计数值会产生±1个字误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Nx或Ns

6、有关。为了保证测试精度，一般对于低频信号采用测周期法；对于高频信号采用测频法，因此测试时很不方便，所以人门提出等精度测频方法。1.3本系统目的和任务a)、课题总体目的1、熟悉FPGA器件的结构及工作原理2、掌握电路硬件描述方法（原理图描述、VHDL语言描述）3、熟悉数字频率计的功能特点及工作原理。4、学会利用EDA开发软件及装置实现电路设计、编程、仿真及下载。b)、等精度频率计的设计要求功能基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的下降而降低，即测量精度随被测信号的频率的变化而变化，在实用中有较大的局限性，

7、而等精度频率计不但具有较高的测量精度，且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。在此完成的设计项目可达到的指标为：1．频率测量a．测量围信号：方波、正弦波；幅度：0.5V～5V；频率：0.1Hz～10MHzb．测量误差≤0.001%2．脉冲宽度测量a．测量围信号：脉冲波；幅度：0.5V～5V；脉冲宽度1μs—1sb．测量精度≤0.1μs3．测量并显示周期脉冲信号（幅度0.5V～5V、频率1Hz～1kHz）的占空比，占空比变化围为10%～90%，测量误差≤1%。4．显示器十进制数字显示，显示刷新时间为5秒的轮流显示或固定显

8、示，可转换。5.具有自校功能，时标信号频率为1MHz。6.自行设计满足本设计任务要求的稳压电源。7.在以上测量围以及测量误差条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施。第二章设计工具和器件介绍2.1VHDL及汇编语言简介2.1.1VHDL简介VHDL的英文全名是Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardw