EDA简易数字频率计课程设计说明书.doc

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加重要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VHDL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。1EDA、FPGA、VHDL介绍 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。2.2.1整体功能要求 本次课设所设计的简易数字频率计可用于对1HZ-10MHZ的方波信号进行测量，并在4位数码管上显示。并且根据不同的待测方波信号，频率计分为4个量程进行测量，四个量程分别为乘1，乘10，乘100，乘1000量程。此频率计具有记忆功能，在测量过程中不刷新数据，等数据测量过程结束后才显示测量值，显示测量的频率值，并保存到下一次测量结束；此频率计要设有一个整体复位控制。 数字频率计的整体结构要求如图2-1所示。图中被测信号为外部信号，送入测量 电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试频率进一步选择量程。 2.2.2设计思路 用于频率测量的方法有很多，频率测量的准确度主要取决于所测量的频率范围以及被测对象的特点。而测量所能达到的精度，不仅仅取决于作为标准使用的频率源的精度，也取决于所使用的测量设备和测量方法。 所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为f=N/T 的2.3方案论证 本次课设中使用3MHZ的基准频率做为测频的时钟脉冲，通过基准脉冲确定时间，从而确定1S内被测clkin的频率，来确定被测频率的大小。通过不同的时间量程来确定不同档位切换后该频率值大小的，来实现在不同量程下进行测量。将被测频率送入RAM中存储，实现显示测量的频率值，并保存到下一次测量结束的要求；此频率计设有一个整体复位控制，实现对存储单元以及计数单元的清零工作。从理论上认为本次课设可行并付诸实践。 3 单元电路设计 通过整体设计思路与可以确定本次课设的模块部分为计数单元和RAM存储单元元两个基本模块。 3.1 QUARTUS Ⅱ简单介绍 本次课设使用的软件为Quartus Ⅱ，以下对其使用进行简单介绍。打开Quartus Ⅱ进入其主机面，在“File”菜单下选中“New Progect Wizard”选项根据提示进行新工程的创建，需要注意顶层文件名应与工程的实体名称一致；并需注意所选器件为“ACEX1K”系列的“EP1K30TC144-3”。新建工程完成后新建VHDL文件，在“File”菜单下选中“New…”选项选择“VHDL File”选项新建完成，开始程序的编写，其程序参考附录“计数部分程序段”内容。程序编写完成之后对其进行保存，执行“Processing” “Start Compilation”进行编译。 编译结束后，会出现对话框显示编译的错误和警告的情况。若有错误，则可以先双击编译器界面下方出现的第一个错误提示，是第一个错误处改变颜色。检查纠正第一个错误后保存再次编译，如有错误重复上述操作，直到最后通过。最后通过时应没有错误提示，但可以有警告。 编译结束后进行时序仿真，通过“File” “New…” 选项，选择“Vector Waveform File”选项新建波形文件，如图3-1所示。 在图3-1左侧空白处双击出现图中对话框，选择“Node Finder…”，出现“Node Finder”对话框，单击“List”在列表中选择需要的输入输出引脚，确定选择，对仿真文件进行保存。在“Edit” “End Time…”选项下可以设置仿真时间。根据需要设置信号数值后，保存波形文件，执行“Processing” “Start Simulation”命令，进行仿真。 执行“Processing” “Greate/Updata” “Create Symbol Files For Current File” 命令，将涉及电路封装生成一个原件符号，供以后在原理图编辑器下进行层次设计时的调用。 仿真完成之后进行引脚的锁定工作，选择“Assignments” “Pin”命令根