位十进制频率计的设计.doc

实验二利用VHDL实现8位十六进制频率计
一、实验目的
1)掌握更复杂的原理层次化设计和数字系统设计方法;
2)完成8位16进制频率计的设计。
二、实验内容
在Quartus II上利用VHDL设计出一个8位的十六进制的频率计,分别设计出频率计的各个模块。
三、实验仪器
1)计算机及操作系统;
2)QuartusII软件。
四、实验原理
根据频率的定义和频率测量的基本原理,测定信号的频率必须有一个脉冲宽度为1秒的输入信号脉冲计数允许的信号;1秒计数结束后,计数值锁入锁存器的锁存信号并为下一测频计数周期做准备的计数器清0信号。这3个信号可以由一个测频控制信号发生器产生,即TESTCTL。
T_EN能产生一个1秒脉宽的周期信号,T10的ENA是能端进行同步控制。当CNT_EN高电平时允许计数;低电平时停止计数,并保持其所计的脉冲数。在停止计数期间,首先需要一个锁存信号LOAD的上跳沿将计数器在前1秒钟的计数值锁存进个锁存器REG4B中,并由外部的7段译码器译出,显示计数值。设置锁存器的好处是数据显示稳定,不会由于周期性的清0信号而不断闪烁。锁存信号后,T对计数器进行清零,为下1秒的计数操作作准备。数字频率计的关键组成部分包括一个测频控制信号发生器、一个计数器和一个锁存器,另外包含外电路的信号整形电路、脉冲发生器、译码驱动电路和显示电路。
工作原理:系统正常工作时,脉冲信号发生器输入1Hz的标准信号,经过测频控制信号发生器的处理,2分频后即可产生一个脉宽为1秒的时钟信号,以此作为计数闸门信号。测量信号时,将被测信号通过信号整形电路,产生同频率的矩形波,输入计数器作为时钟。当计数闸门信号高电平有效时,计数器开始计数,并将计数结果送入锁存器中。设置锁存器的好处是显示的数据稳定,不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。最后将锁存的数值由外部的七段译码器译码并在数码管上显示。
五、实验步骤
1、完成频率计控制电路的设计
1)频率计控制电路程序编译;
2)频率计控制电路程序允许生成模块;
3)频率计控制电路。
2、完成32位计数器的设计
1) 32位计数器程序编译;
2) 32位计数器程序允许生成模块;
3) 32位计数器。
3、完成32位寄存器的设计
1) 32位锁存器程序编译;
2) 32位锁存器程序允许生成模块;
3) 32位锁存器模块。
4、完成一个8位16进制频率计电路的设计
1)8位16进制频率计电路程序编译;
2)8位16进制频率计电路程序允许生成模块;
3)8位16进制频率计电路。
六、实验结果及分析
1、频率计控制电路仿真波形如图1所示
由仿真图形可知,T_EN信号是其2分频信号即脉宽为1s,也就可以作为计数器的使能信号。当CNT_EN信号由高电平跳变为低电平即计数器计数结束时,Load信号出现一个上升沿作为锁存器锁存数据的使能信号。T_EN信号由低电平变为高电平即开始计数之前,RST_EN出现一段时间的高电平,即作为对计数器的异步清零信号,为计数器计数做准备。
故测频电路部分设计成功。
2、32位计数器的仿真波形
以下的图为DOUT的低四位波形
由仿真波形可知当CLR信号为高电平时,DOUT被清零。当CLR为低电平而ENABL信号为低电平时,此时DOUT也被清零。只有当CLR为