精品基于VHDL的12位十进制数字频率计的设计仿真论文.doc

基于VHDL的12位十进制数字频率计的设计仿真 一、功能与要求： 该计数器的功能：对被测试信号进行计数，在1秒定时结束后，将计数器结果送锁存器锁存，同时将计数器清零，为下一次采样测量做好准备。要求如下： 1.用VHDL完成12位十进制数字频率计的设计及仿真。 2.频率测量范围：1Hz～10KHz，分成两个频段，即1～999Hz，1KHz～10KHz，用三位数码管显示测量频率，用LED显示表示单位，如亮绿灯表示Hz，亮红灯表示KHz。 3.具有自动校验和测量两种功能，即能用标准时钟校验、测量精度。 4.具有超量程报警功能，在超出目前量程档的测量范围时，发出灯光和音响信号。 二、设计思路 图2.1是频率计数器的原理图。 图2.1频率计数器的原理图 1、基本原理：计算单位时间内待测信号的脉冲个数，各模块设计成process。 测量/校验选择模块(test_meas) 测频控制信号发生器（二分频）(clk_process) 计数器模块(cnt_process) 送存选择、报警模块(tostore_process) 锁存模块(store_process) 扫描显示模块(cnt3_process,bus_process, disp_process) 2、各模块功能 图2.2测量校验选择 如图2.2为测量/校验选择模块，该模块的信号如下： 输入信号：选择信号selet，被测信号meas，测试信号test； 输出信号：CP1。 当selet=0时，为测量状态，CP1=meas；当selet=1时，为校验状态，CP1=test。 校验与测量共用一个电路，只是被测信号CP1不同而已。 图2.3测频控制信号发生器（二分频） 如图2.3为测频控制信号发生器（二分频），该模块的信号如下： 输入信号：1HZ时钟信号； 输出信号：1秒定时信号（周期为2秒）。 图2.4计数器、送存选择、报警模块 1、如图2.4为计数器、送存选择、报警模块，模块的功能如下： 设置：量程档控制开关K，单位显示信号Y， 当K=0时，为1～999Hz量程档，数码管显示的数值为被测信号频率值，unit显示绿色，即单位为Hz； 当K=1时，为1KHz～10KHz量程档??被测信号频率值为数码管显示的数值乘1000，unit显示红色，即单位为KHz。 2、其中四级十进制计数器模块（带进位C）模块功能如下： 输入信号：RD、CP，用于计数开始、清零、锁存 输出信号：Q4～Q1设置超出量程档测量范围示警信号alert。 若被测信号频率小于1KHz（K=0），则计数器只进行三级十进制计数，最大显示值为999.Hz；如果被测信号频率超过此范围，示警信号驱动灯光、扬声器报警； 若被测信号为1KHz～10KHz（K=1），计数器进行四位十进制计数，取高三位显示，最大显示值为9.99KHz，如果被测信号频率超过此范围，报警。 3、送存选择、报警电路状态表如表2.1。 表2.1送存选择、报警电路状态表 图2.5锁存，扫描显示模块 图2.5为锁存、扫描显示模块，该模块功能如下： 锁存器输入信号：D3～D1，LD； 输出信号：Q3～Q1 ，小数点单位显示unit。 图2.6扫描显示电路 如如2.6扫描显示电路，该模块包含两个模块： 七段显示译码器电路（DEC_LED）； 分时总线切换电路（SCAN）。 三、原理图说明 图3.1频率计显示原理图 如图3.1，输入有扫描时钟clkscan,分频时钟clk1hz，单位选择键K，被测信号meas，测试信号test，测试校验选择键sel。 输出有数码管信号led,数码管选择信号ms123，报警信号alert，单位显示信号unit。 四、源代码说明 --实体声明 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity dig_frq is Port ( clk1hz : in STD_LOGIC; clkscan : in std_logic; test : in STD_LOGIC; meas : in STD_LOGIC; sel : in STD_LOGIC; k : in STD_LOGIC; alert : out STD_LOGIC; unit : out STD_LOGIC; ms123 : out STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 1); led : ou