2022年多功能位十进制频率计数器的设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 多功能 8 位十进制频率计数器地设计设计题目：多功能 8 位十进制计数器地设计同学学号： 08060311205 同学姓名：孔 文 尧专业班级：电 信 112 指导老师：邓 茜摘要名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 使用 VHDL 语言来设计,画出流程图和仿真图,让设计地电路通过硬件仿真,再在下到相关器件上,指导满意要求,能实现电子自动化地过程.使用该仪器测试所得到地信号地频率,有正弦波,有方波但是其信号必需按周期性变化,否就肯定是机器坏了和操作不得当 .因此这个毕业

2、设计,不但有力于让数字频率计地功能更强,也可以让成本降低和增加其实际作用 .全部地科研院所,学校,试验室,车间等商业机构都使用了大量地数字频率器或其相关产品 .由于它地使用性,价格也相当地低廉所以被人们广泛地使用和争论.在这被人们所留意到,而且仿真可以提供更好地测量频率也会让试验地结果更加地精确,他能满意了数字频率计自动清零需求,当然 也能满意自动化功能测试要求 . 现在我们对他地争论途径它不仅仅在于简洁阅读,也在于我可以掌握精度,这也是很牛逼 地.最重要地是数字频率计,在高科技设备研发和数字卫星领域,数字通信应用等领域中有不俗 地奉献 . 关键词 ：VHDL 语言 仿真 频率计数器 .Sum

3、mary Use c language to design, draw a flowchart and simulation map, so the design of the circuit by hardware emulation, and then next to the relevant device guidance to meet the requirements, to achieve 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - the electronic automated process. Freque

4、ncy signal obtained by the instrument test with a sine wave, but their well-wave signal must be periodically changed, the machine must be broken and the operation shall not be treated. So this graduation design, not only to make powerful digital frequency meter more powerful, but also allows cost re

5、duction and increase its practical effect. All research institutes, schools, laboratories, workshops and other business organizations are using a lot of digital frequency or its related products. Because of its use, the price is quite low so been widely used and studied. In this been noticed, and si

6、mulation can provide better measurement frequency also make experimental results more accurate, he can meet the needs of the digital frequency meter is automatically cleared, of course, but also to meet the requirements of automated functional testing, Now we study the way for him its not just that

7、it is easy to read, but also that I can control precision, it is also very fast hardware. The most important is the digital frequency meter, high-tech equipment in the field of research and development and digital satellite, digital communications applications in other fields have good contributions

8、.Keywords: c language simulation frequency meter.名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录第一章 绪论 . 01.1 频率计数器地背景 . 01.2 频率计数器地争论意义 1.3 毕业设计地大致介绍 其次章 数字频率计地基本原理. 0 . 0 . 12.1 测量频率地方法 . 12.2 频率计地介绍 . 12.4 时间和频率测量 . 2第三章 数字频率计地硬件设计. 43.1试验原理 . 53.2数字频率计地原理图. 73.3可编程规律器件基本原理 . 5第四章 部分

9、模块地设计仿真图. 94.1部分模块地仿真图 . 94.2主要元件及功能模块说明. 144.3 测频掌握电路 . 14 4.4 32 位锁存器 . 15 4.5 计数器 . 16 4.6 系统地软件设计 . 16 4.7 FPGA 开发板地介绍 . 16 4.8部分程序代码 . 16第五章 总结和展望 . 23第六章致谢 . 23名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章、绪论1.1 频率计数器地背景数字频率计在运算机地创新和通信设备,音响地制作以及其他重要生产视频地产品起着至关重要地作用,也包括测量设备地争论也有不

10、俗地奉献,最重要地是,它对于数字电压重量是不行或缺地 .而且数字频率计数器在电压表,运算机制作,全部地无线通讯天线和过程自动化设备,部分测量设备,大部分家电,也有了突出地奉献.随着人们用地越多,也越来越明白它,尤其是在电子产品地输出显示,在现在地很多人看来其它地数据电气设备数字频率计有很多地优点像投资少,价格廉价,操作简洁,易于开发这方面,最重要地是到哪里有能买到,所以他有了广泛地实际和技术地应用 .以上说地都是工作中地,在现实生活中,数字频率计在彩电,冰箱, DVD 上地作用很突出,让我和我们地家人始终都在使用,在学校里数字电压表数字万用表上也有数字频率计地使用 .它可以特别精确地测量我们需

11、要地数值,而且操作简洁,易于懂得 .现在我们对他地争论途径它不仅仅在于简洁使用,也在于我可以掌握精度,这也是很牛逼地 .最重要地是数字频率计,在高科技设备研发和数字卫星领域,数字通信应用等领域中有不俗地奉献 .如上所说,我们可以下一个定论,全部地数字频率计数器都是含有电子产品地 .我们地新技术在CD ,VCD ,DVD 和数字音频广播设备地研发创新有庞大地作用,而且已经有大量地产品进入商业市场 . 1.2 意义虽然这个行业在中国地进展与全球全部地国家相比,我们是落后地.但是它在我们国家正在飞速地进展,他也代表这我其他相关产品在全球地进展情形 .因此,我们需要明白到,制定相关方案帮忙电子信息产业

12、地进展和取得先进技术,这是不行缺少地 稀有,功能很多地 .它对我们来说是特别重要,也是我们地频率计数器,虽然比发达国家仍差一点但是也没有差多少,而且我国也特别重视这一 块地进展 .现在他地进展速度很快能追上其他先进国家,再加上现在地技术实际上已经进展了多年,到了肯定地瓶颈.随着时间地消逝频率计数器已经开头向着更智能,更精细地方向进展.虽然中国外交比以前相比有了庞大地转变,但是也有一些问题摆在我们面前,那就是中国仍旧是一个缺乏进展和投资基金地国家.所以我们只是制造大国,而不是研发大国.正由于这个缘由,我国地很多企业都是没有核心竞争力地,这是我们国家基本全部企业都存在地情形,但是随着技术地进展,我

13、们国家应当大力支持我们国家地自主研发产品,让我们地产品走出中国,走向世界.而这不仅仅是投资,更重要地是对人才地爱护,出台相应地法律作出具体地行动,并起到爱护行业地进展地作用 .1.3 毕业设计地大致介绍毕业设计主要内容是：名师归纳总结 （1）频率计设计地基本原理. . 第 5 页,共 32 页（2）部分程序相关VHDL 语言地介绍 . （3）各功能模块地分析,功能模块地模拟测试,模拟数字频率计地功能应用- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对论文做如下支配：第一章介绍了它地来历和位置,其次章数字频率计地原理大致介绍,该程序要求肯定地 VHDL 语言基础来编

14、写程序,因此我们需要去明白并娴熟运用 .第三章是该毕业设计原理,要求地基本说明 .第四章主要是部分元器件地仿真图,代码和部分元器件地说明,再把理论与结果一起分析 .最终一章是总结和致谢 .其次章 数字频率计地基本原理在当今社会里地各种视频播放器,电话等设备,以及一些科学试验很重要地工具都是需要这个东西 . 当我们正确地编程之后,我们仍要对测得地信号做一些有用地相关测量,基本它芯片都有这个功能也都能做到 .2.1 测量频率地方法（1）直接测量地方法（2）间接地测量在实际地测量过程中,传统地频率测量会由于信号频率地下降,原理测量精度地不同,会导致结果不同 .而用数字频率计数器不仅会有高精度,而且比

15、较稳固,不会产生相应地波动 .所以在这个基础上我们仍要掌握在计数器信号不溢出,最终在用公式运算闸门时间 42.94 S,但是由于单片机地数据处理才能不佳,所以理论上地时间会比实际时间上 0.1 左右 .为了更好地测量数据,要掌握好自动转换地范畴,这样能扩大了频率测量地范畴,能更好地增加实现测量地精确性,从而使低频测量误差大大减小 .对我们来说间接测量频率地主要方法就是绘制设计掌握框图,加上设定门掌握信号,就能基本实现这个功能达到目标 .最近又留行了始终叫做多周期同步地方法,和以前地测量方法比有很大地地优越性,其中最重要地一项就是测频测量精度地精确性,用地人也很多 .2.2 频率计地作用先用掌握

16、器计数 .假如门信号地值为高,在用 D 触发器上升沿测量地信号,与此同时栅极信号是低地时候,就能使让输出端 stop 停止工作 .这个计数器买地话要花 100 多块钱,由于他有高精度测量地功能,其中有一部分频率计仍有溢流功能,所谓地溢流功能就是在满意一点条件后就会显示后面进入地数据地功能 . 时间,在生活中我们用地话主要是以秒位最低单位.但是在单片机操作过程中我们实际地操作都是很快地远远小于 1 秒,那么这个单位就失去了它地意义 .测量时间地大小我们就因该依据实际操作地大约时间掌握好单位,防止显现较大地误差 .他们之间地关系就像是要用 1 千克地水,我们用水缸去装仍是用瓶子去估量多少,虽然都是

17、同样大小地水 不同,误差会差很多 .单是会由于容器地不同,看起来结果也完全阿尔特拉公司先制造了EPF10K10 ,他是用VHDL来设计地,只要我们设计地能通过最终地仿真,那么我们就能完成最终地设计,得到了我们想要地.和以前地相比,它能使单片机电路板地设计更加地简便同时也让系统更加地有用与牢靠.我们在使用数字频率计地范畴是100MHZ 左右,而且他要同时满意这个系统地软件和硬件方面地全部要求.而且在使用这个芯片时,要留意管脚地延时大约有5 纳秒,而且必需在大条件是200MHZ 地条件下 .虽然条件很多,但是这个编程软件有特别庞大地优点：敏捷自由,可读性强等.具体操作就是先写好程序,然后再把这些东

18、名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 西地结构分成几层,再用一些数据结构相当难地数字系统设计然后再用运算机自动生成,这样就能做到符合电路地基本要求和规律性,最终把它下载到相关元器件中,就能很好地完成任务 .一些相关地电子元器件,比如频率计数器,我们要它有很好地测量才能,数据也要精确,那么我们就要精确地测量时间间隔等数据.而这些设备可以在投入生产后,应当在连续提高精确度,降低成本,那么在之后就能满意工业生活地需求了 .在最开头做电子设计时都喜爱争论那些有用性强地软件,究竟这种东西更受大家地欢迎,这次试验地成品就是其中之一

19、 .而在频率计创造之前我们也基本能完成频率地测量,只是方法过于繁琐且不太精确 .2.4 时间和频率测量和以前最常用地方法比较下可以发觉,使用eda 是使用 vhdl 来编写系统,其中含有一些关于电路地基本接口等 .但是现在我能用地确是更加优秀地 Verilog HDL 来编写程序,他有自顶向下地方式,这个和 c 语言是完全不一样地 .用这个地话我们可以对单片机地硬件不是很明白 .从开始制作时,就在图上对系统地结构做一个大致地划分和安排.主要就是用来程序最终地编译和调试,在进行渐渐地验证,最终在用系统地规律综合优化工具来制作相关地电网表格,最终只要导出到硬件上,就能看到结果是否正确.我们应当越来

20、越留意这方面精确度. 对我在电子领域对重要地就是对于时间、频率地测试来说,直接测量频率是最简洁地,不需要其他繁琐地操作.其具体操作就是使用必备地地计数电路,而其中测出地脉冲数就是用来运算频率,当然也可以用来判定信号周期 .随着时代地进展,也有了比多周期同步方法更好地方法 .而这 们并不能确定,也不是一个不变地 .而我们用在这段时间但测量到地同步信号去除以被测信号再1 那么能让最终地结果更加地精确,而且在整一段时间之内测量地频谱用这个方法也能更精确 .用公式 TX = N0T0- T2 + T1,在我们通过认真地测量间隔时间在1 使,那么我们就能更加精确地知道 Tx ,使用 1 在约等于出我们地

21、答案,这样能有效地提高精度度 .当然假如我们自己测量一个时间段,我们能用更高科技地方法模拟插值方法虽然可以得到更加紧缺地答案,但是徘徊这种方法地设备操作及其地复杂,而且费用很高所以不利于大规模地使用 .想要得到高精度,而且速度比较快,使用这种方法地话,那是相当地困难 .所以我们需要更好地方法首相要有简洁地结构,而且最终地精度必需要有保证,而多周期同步在在不是很长地周期里会有较大地作用,在肯定地方位之内能用测量教短地时间间隔地方法使得其量化推迟 .光在传播时会受到阻碍就是推迟.也就是说信号在传播时会有肯定地延时,那么我们要排除这个误差我们就要让让信号地地量化推迟,在将其放到一小段时间之内.这个道

22、理是通过“ 推迟串行,并行数 ” ,在不同机器上通过很多地推迟信号,增加肯定数据,以增加稳固性,最终再用运算机在延时地情形下分析数据就能在较短地时间之内做到对时间间隔地较为精确地测量 .（延迟定量地主要思路就是利用较多地,稳固地一些数据来实现延时功能,这个特殊地依靠相关元 件地辨论率 .）我们把推迟装置作为引导线,在加上其他地电路元件和系统 气中,由于光电在空气中传播速度最快）,加长推迟时间 确地时间间隔数据 .在较短地时间之内（就是在空 .最终我们呢就鞥你很好地测量到了精然后在把这段很短地时间间隔作为这个系统地开头键,一单信号即将终止,我们就把该状 态用锁存器储存,知道接受到释放信号在读取出

23、来时,最终得到地辨论率时间取决于那些时间名师归纳总结 间隔很短地单位.第 7 页,共 32 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一般来说,我们在得到几个很短地时间间隔,会用到系统地锁存器.但是真正地操作时,系统足够大也足够好能支持多次地操作,所以我们能在极短地时间内就把数据测试完成,然后再 在相应地时间中用过使用相应地信号推迟,当然只能用只推迟程序和锁存器装置,相关地公 式：在 T = n0t0 + n1t1 ,n2t1 上,通过同这个公式和以方式,在使用多循环同步地方法所得到地那 2 个时间间隔不再是最开头那2 个时间间隔,而是更科学地值,那么我们就

24、能更好地测出实际闸门地值,也更好地得到精度 .举个例子,假如我们测量数据得到15.000010HZ 和 5.00001002HZ ,那么通过上面地公式我们就能知道这个：从理论上来说这个辨论率已经是0.000000001 秒且比这个值仍小.仍有一种方法就是用这个公式： TX = NT0 + -T1T2 TX = NT0 + （N1-N2 ）TD tX表示 Tx 为待测地多周期值,T0 为采纳地时基周期 .但是 tX是未知量,我们并不能精确地知道,所以不能很好地显示结果这种方法是最简洁地,但是这个方法有个庞大缺点那就是过于依靠 TD,再加上他在测量时也不是很能保证其稳固性,而且一旦不稳固,那么他地

25、大小就会发生庞大地变化 .所以,这种方法不是很有用 .只有我们能明确地知道这个 tX 地值才会使用这种方法 .但是这个方法一旦使用那么不仅最终地高精度能得到保证 .而且这种方法及其简洁,只要能确定 tX 地值除了一些小误差这种方法是最好地 .那么对于如何测量我们有了这么多地方法就只要等着使用就行了 . 2.4.1 标度和偏置设定标度和偏置在依据一些定义可以得到公式：显示结果测量结果标度偏置设定使用这个公式得到地显示结果能让屏幕上地数据更有实际意义,在实际应用中往往比较便利 .统计功能主要目地就是显示当前输入数据地标准差,也能知道次数有多少 .标准差是用来说明这个信号地好坏地.标准偏差小地话就说

26、明各个值之间地差距较小,信号基本一样很稳固；反之就说明不是很一样 . 标准偏差地公式是：Sn11x ix2经过网上资料参考所运算得到地理论值如表2.1所示：表 2.1 运算地理论值名师归纳总结 引脚频率值 /HZ引脚频率值 /HZ第 8 页,共 32 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 40 1500000 46 46875 38 2000000 45 96000 23 6000000 44 187500 21 120000000 43 375000 19 24000000 42 7500002.7 各种电路地介绍由于输出地不同可以有多种表达方式：正弦

27、波,三角波都是可以地.但是最终地被测信号一定要是矩形波,莫不然就会出错,所以我们在设计电路时,先要把波形给转换胜利 .然后由于不知道被测信号地具体情形,因此在开头之前我们要先进行放大或者缩小操作 .如如太大那么,我们就先应当进行按比例地电压幅度降低 .反之就要提要电压幅度 .（主要是对输入信号地操作 .）脉冲能进入计数器地多少取决于由它,而这个信号精度越高,那么最终地结果也会越精确 .假如最终地精度要求很高,那么我们就要应用通过分频才能得到 .（闸门信号）在最开头运算被测信号中地上升沿个数时,数码管是不会任何输出数字地 .只有才运算完成之后,才会在数码管上输出数字 .（时基信号）图 2.1 掌

28、握电路第三章 数字频率计地硬件设计数字频率计是一种很一般地数字应用应用,但是在设计时由于要使用较多地元器件,所以会名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 显得很复杂,最终地连线地工作比较艰难.而且也不能不推迟.由于编程软件,仿真软件地显现使得我们地工作量大大地减小,不在像以前那么复杂了,仍提高了性能.他不仅可以测量各种波形地脉冲宽度,仍能测各种波形地周期,这就是他地优势之处 .经过我们地努力可以把它改装成脉宽测量仪那它就要有了更多地功能,只需要我们对其做出一点点地转变,那么就能有更多更有用地功能,所以它在生活、工作中有广

29、泛得到应用 .3.1 试验原理在使用完它地数字计功能之后,就要用锁存器锁住改信号,在依据相关地公式和定理,就能测到信号量 .再次输入脉冲时,我们开头对脉冲进行计数,这样我们进行操作时就能对脉冲地宽度有肯定地明白,并做到适当地拓宽 . 3.1.1 计数器地大致说明在开头之前我们要明白,先把测试信号当成一个明白地信号,然后在开头计数假如我们在测量时发觉这个频率特别地高,那么我们确定要把输出位为变多,这样也能加强闩锁地作用 . 3.1.2 总体框架图图 3.1 总体框架图由于要想得到基准时钟很困难,且只能通过系统时钟分频才能获得.处于基准时钟地一秒时间之内把全部是被测频率地脉冲数量统计出来,等到一秒

30、地时间终止这些个我们登记来地脉冲数 目就是被测信号地频率 .所以,在之后基准时钟一旦到了不是上升沿或平滑那么锁存器就要开头工作 .而且为了不让这次地试验结果影响到下一次试验我们就要进行清0 操作 .当被测频率测量完成之后,就开启锁存器,储存住当前地数据,在把它翻译成十进制地数字输出到屏幕上,我们 就能完成这次地试验 .3.2 可编程规律器件基本原理名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 它是一种高密度规律设备地设置,自1985 年 Xilinx公司,从第一块芯片问世开头,它集成度地快速提高,功能也变得多样化.传统地规律

31、和门阵列,比起它在它地各个部分使用小表来实现规律地组合,每一个连接到输入表和一个 D 触发器 .它们是用输入、输出模块 IOB 来链接地,在用过可编程规律 CLB 改写代码就能实现不一样地功能 .而其中地变量是储存在静态工作区,并最终打算可以它,它答应无限编程 .图 3.2 规律单元名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 数字频率计地原理图1D测 频 控 制（周 期）使 清能 零信 信号 号锁 存 信 号32 位 数 据C3232 位 数 据32 位 数 据B8位 十 进 制 计 数 器FINFCLKA选 通

32、信 号1ENSPCLK测 试 信 号8Hz 标 准 信 号50MHz 标 准 信 号测 频 控 制 频 率 锁 存 信 号使 能 信 号822清 零 信 号位十锁 存 信 号进制频率计3（带测周期）4098位 十 进 制 计 数 器32 位 数 据C位 数 据 锁 存 器 AB64 选 32 数 据 选 择 器32 位 数 据Dig07段 数 码 管 显 示4Dig0Dig032位 数 据 锁 存 器 BDig0Dig0电本 2本选 通 灯Dig0陈迪Dig0刘芸 云锁 存 灯Dig0王缉 俭AD图 3.3 数字频率计地原理图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 32 页精

33、选学习资料 - - - - - - - - - 3.3.1 系统总体框架图图 3.4 系统总体框架图3.3.2 目标芯片 FLEX10K 由于它地掉电易失性,所以每次在操作时我们都要重新给他输入数据.之所以我们使用它是因为它有操作简洁便利携带,而且很敏捷又特别通用地特点 .以下就是一部分地结构图.图 3.5 FLEX 内部芯片结构名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章 部分模块地设计仿真图4.1 部分模块地仿真图从这一章开头主要讲地就是关于这个毕业设计地主要硬件设计地仿真图及分析8 位十进制数字频率计地电路规律

34、图,它由一个测频掌握信号发生器TESTCTL 、8 个有时钟使能地十进制计数器CNT10 、一个 32 位锁存器REG32B 组成 .以下分别表达频率计各规律模块地功能与设计方法.图 4.1 测频掌握信号发生器地功能模块它地主要作用就是用频率计频率来操控频率掌握单位时间 .如图 4.2 和 4.3：图 4.2 测频掌握信号发生器地功能模块图名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4.3 测频掌握信号仿真图该模块具体信息如图 4.4图 4.4 系统时钟分频地功能模块图锁存器 Latch 是一种对脉冲电平敏锐的储备单元电路,它们可以在特定输入脉冲电平作用下转变状态；锁存,就是把信号暂存以维护某种电平状态；锁存器的最主要作用是缓存, 其次完成高速的掌握其与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最终是解决一个I/O 口既能输出也能输入的问题；由图可知,在计数器地闩锁信号刚开头转变时是用十进制数第七关锁存地 .图 4.5 系统时钟分频地分频功能仿真图32 位锁存器地功能模块如图 4.6 所示 .图 4.5 系统时钟分频地分频功能仿真图名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 32 页精选学习资料