课程设计（论文）-基于fpga的数字频率计的设计

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1、目录1引言22FPGA及VERILOGHDL22.1FPGA简介22.2VerilogHDL概述33数字频率计的设计原理33.1设计要求33.2频率测量33.2.1时间门限测量法43.2.2标准频率比较测量法43.2.3等精度测量法43.3方案提出及确定43.4系统设计与方案论证53.4.1测频控制信号发生器设计63.4.2寄存器设计63.4.3计数器的设计63.5小结74数字频率计的设计74.1功能模块设计74.1.1分频器模块74.1.2测频控制信号发生器模块74.1.332位锁存器模块84.1.4译码器模块84.1.5十进制计数器模块94.1.6用原理图描

2、述的模块94.2顶层文件114.3小结135软件的测试135.1测试的环境135.2调试和器件编程136硬件设计136．1EPF10K30ATI144-3FPGA芯片简介136．2EPC2配置芯片简介136.3配置模式146.4下载方式146.5硬件电路原理图设计146.6频率测试167结论及展望16217.1结论167.2展望16致谢17参考文献18附录19基于FPGA的数字频率计的设计21摘要：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VerilogHDL语言，实现8位数字

3、频率计，并利用MAX+PLUSII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。关键词：硬件描述语言现场可编程门阵列FPGA频率计频率测量1引言在电子技术中，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

4、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VerilogHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。   采用FPGA现场可编程门阵

5、列为控制核心，通过硬件描述语言VerilogHDL编程，在MAX+PLUSII仿真平台上编译、仿真、调试，并下载到FPGA芯片上，通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。2FPGA及VerilogHDL本章首先对设计所采用的可编程逻辑器件FPGA及VerilogHDL进行了简单的介绍，对设计有些基本的了解。2.1FPGA简介FPGA是20世纪80年代中期出现的高密度可编程逻辑器件，它一般由布线资源分隔的可编程逻辑单元构成阵列，又由可编程I/O单元围绕阵列构成整个芯片，排列阵列的饿逻辑单元

6、由布线通道中的可编程内连线连接起来实现一定的逻辑功能。一个FPGA包含丰富的具有快速系统速度的逻辑门、寄存器和I/O组成。FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，除了具有ASIC的特点外还有一下几个优点：随着超大规模集成电路VLSI工艺的不断提高，单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管；FPGA/CPLD芯片出厂前100%都做过测试，不需要设计人员承担风险和费用；用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的的情况下，用不同软件就可实现不同的功能，用FPGA/CPLD试制样片，能以最快的速度占领市场。FPGA/CPLD软件包中有各种输入工具、仿真工具、版图设计

7、及编程器等全线产品，使电路设计人员在较短的时间内就可以完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚