FPGA及数字频率计的软件开发.doc

摘 要 本文介绍了使用VHDL开发FPGA的一般流程，重点介绍了频率计的基本原理和相应的测量方案，最终采用了一种基于FPGA的数字频率的实现方法。该设计采用硬件描述语言VHDL，在软件开发平台ISE上完成，可以在较高速时钟频率（100MHz）下正常工作。该设计的频率计能准确的测量频率在1Hz到1MHz之间的信号。使用ModelSim仿真软件对VHDL程序做了仿真，并完成了综合布局布线，最终下载到芯片Spartan-II测试。 关键词：FPGA，VHDL，ISE，自顶向下。 Abstract This paper, introducing a general process to develop FPGA product with VHDL, focuses on the basic principle and measurement scheme of digital cymometer. A scheme achieved by FPGA is adopted. In this design plan, we use a popular hardware description language-VHDL and finish the program on the development platform ISE. The final production can measure the signal’s frequency between 1Hz and 1MHz. This system uses the simulation tool-ModelSim to run and debug the VHDL program, and design the circuit placement. A good result can be achieved when the program was burnt on the chip Spartan-II. Keywords: FPGA, VHDL, ISE, Top-down。 目 录 第一章 引言 1 第二章 FPGA及数字频率计的软件开发环境简介 2 2.1 VHDL语言介绍 2 2.2 FPGA简介 3 2.3 数字频率计的软件开发环境 4 第三章 数字频率计的设计与实现 5 3.1 任务要求 5 3.2 测量原理 5 3.2.1 频率或时间的原始基准 6 3.2.2 电子计数器测频方法 6 3.2.3 误差分析 8 3.2.4 测量周期的必要性和基本原理 10 3.2.5 等精度测量 14 3.3 原理框图 16 3.4 各模块的功能及实现 16 3.4.1 分频器 16 3.4.2 控制器 18 3.4.4 频率计数器 21 3.4.5 锁存器 24 3.4.6 扫描显示控制译码系统 26 3.5 分配引脚和下载实现 30 第四章 结论 32 参考文献 33 第一章 引言 在电子技术领域内，频率是一个最基本的参数，频率与其它许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系。如时间，速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。因此，频率的测量就显得更为重要。而且，目前在电子测量中，频率的测量精确度是最高的.现在市场上有各种多功能，高精度，高频率的数字频率计，但价格不菲。而在实际工程中，不是对所有信号的频率测量都要求达到非常高的精度。因此，本文提出了一种能满足一般测量精度要求，但成本低廉的数字频率计的设计方案。 本文主要任务是针对设计的要求，基于FPGA利用硬件描述语言VHDL完成数字频率计的设计，通过仿真，分析，综合并最终下载到FPGA里面去实现。除被测信号的整形部分、键输入部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。，且系统成本非常低廉，可作为学生数字逻辑设计综合实验或自制数字频率计的备选方案。 第二章 FPGA及数字频率计的软件开发环境简介 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。频率计的设计有传统方法和现代方法，传统的设计方法耗时耗功，设计强度大，且容易出错，设计的质量不一定是最好的。自然我们考虑到现代方法，即二十世纪八十年代兴起的电子设计自动化技术，英文为Electronic Design Auto，缩写为EDA。在EDA设计工具中，用最广泛的是VHDL和VERILOG，当然还有其它的比较VHDL和VERILOG，在顶层设计方面VHDL优于VE