實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、1南昌大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：中興101班實(shí)驗(yàn)類型：□驗(yàn)證□綜合■設(shè)計(jì)□創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)日期：2012年12月14日成績：實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?)設(shè)計(jì)具有較高測量精度的頻率計(jì)；2)進(jìn)一步學(xué)習(xí)QUATUSII的使用3)學(xué)會看RTLVIEWER圖。4)熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟件，掌握實(shí)驗(yàn)操作。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求本實(shí)驗(yàn)要完成的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個頻率計(jì)，系統(tǒng)時(shí)鐘選擇核心板上的50M的

2、時(shí)鐘，閘門時(shí)間為1s（通過對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到），在閘門為高電平期間，對輸入的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)閘門變低的時(shí)候，記錄當(dāng)前的頻率值，并將頻率計(jì)數(shù)器清零，頻率的顯示每過2秒刷新一次。被測頻率通過一個撥動開關(guān)來選擇是使用系統(tǒng)中的數(shù)字時(shí)鐘源模塊的時(shí)鐘信號還是從外部通過系統(tǒng)的輸入輸出模塊的輸入端輸入一個數(shù)字信號進(jìn)行頻率測量。當(dāng)撥動開關(guān)為高電平時(shí)，測量從外部輸入的數(shù)字信號，否則測量系統(tǒng)數(shù)字時(shí)鐘信號模塊的數(shù)字信號。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、Qu

3、artusII軟件、EDA實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)思路四、實(shí)驗(yàn)思路數(shù)字頻率計(jì)工作原理概述數(shù)字頻率計(jì)工作原理概述數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理實(shí)際上是測量單位時(shí)間內(nèi)的周期數(shù)。這種方法免去了實(shí)測以前的預(yù)測，同時(shí)節(jié)省了劃分頻段的時(shí)間，克服了原來高頻段采用測頻模式而低頻段采用測周期模式的測量方法存在換擋速度慢的缺點(diǎn)。采用一個標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)時(shí)鐘，在單位時(shí)間(1s)里對被測信號的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即為信號的頻率。由于閘門的起始和結(jié)束時(shí)刻對于信號來說是隨機(jī)的，將會有一個脈沖周

4、期的量化誤差。進(jìn)一步分析測量準(zhǔn)確度：設(shè)待測信號脈沖周期為Tx頻率為Fx，當(dāng)測量時(shí)間為T=1s時(shí)，測量準(zhǔn)確度為＆=TxT=1Fx。由此可知直接測頻法的測量準(zhǔn)確度與信號的頻率有關(guān)：當(dāng)待測信號頻率較高時(shí)，測量準(zhǔn)確度也較高，反之測量準(zhǔn)確度也較低。因此直接測頻法只適合測量頻率較高的信號，不能滿足在整個測量頻段內(nèi)的測量精度保持不變的要求。為克服低頻段測量的不準(zhǔn)確問題，采用門控信號和被測信號對計(jì)數(shù)器的使能信號進(jìn)行雙重控制，大大提高了準(zhǔn)確度。當(dāng)門控信號

5、為1時(shí)，使能信號并不為1，只有被測信號的上升沿到來時(shí)，使能端才開始發(fā)送有效信號，兩個計(jì)數(shù)器同時(shí)開始計(jì)數(shù)。當(dāng)門控信號變?yōu)?時(shí)，使能信號并不是立即改變，而是當(dāng)被測信號的下一個上升沿到來時(shí)才變?yōu)?，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。因此測量的誤差最多為一個標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘周期。當(dāng)采用100MHz的信號作為標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，誤差最大為0.01μs。計(jì)算每秒鐘內(nèi)待測信號脈沖個數(shù)。這就要求計(jì)數(shù)使能信號TSTEN能產(chǎn)生一個1秒脈寬的周期信3為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，測頻控制信號發(fā)生器tes

6、tctl、計(jì)數(shù)器Cnt10、鎖存器reg32b存在一個工作時(shí)序的問題，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。8位數(shù)字頻率計(jì)的頂層框圖（endfreq.bdf），設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)包括信號源模塊（F1MHZ、CNT）、頻率計(jì)模塊（FREQ）和顯示模塊（display）三大模塊。五原理圖輸入法設(shè)計(jì)（小時(shí)進(jìn)制轉(zhuǎn)換參考百度文庫上的程序，其余獨(dú)立完成）五原理圖輸入法設(shè)計(jì)（小時(shí)進(jìn)制轉(zhuǎn)換參考百度文庫上的程序，其余獨(dú)立完成）1.建立文件夾建立文件夾建立自己的文件夾（目錄），如c:

7、myeda，進(jìn)入Windows操作系統(tǒng)?QuartusII不能識別中文，文件及文件夾名不能用中文。2.原理圖設(shè)計(jì)輸入原理圖設(shè)計(jì)輸入打開QuartusII，選菜單File→New，選擇“DeviceDesignFileBlockDiagramSchematicFile”項(xiàng)。點(diǎn)擊“OK”在主界面中將打開“BlockEdit”窗口。(1)(1)分頻器模塊：（實(shí)體名為分頻器模塊：（實(shí)體名為clkoutclkout）分頻器是為了產(chǎn)生1Hz的門控信

8、號和1KHz的數(shù)碼管掃描信號，而對輸入系統(tǒng)時(shí)鐘clk（50MHz）進(jìn)行分頻的模塊，設(shè)計(jì)源代碼clkout.VHD對輸入系統(tǒng)時(shí)鐘clk（50MHz）進(jìn)行分頻產(chǎn)生1Hz信號及1KHz信號。clkout的封裝圖如1所示，圖中CLK50m為接入的50MHZ信號，圖中CLK1khz為接到TElTCL的CLK的1HZ的信號CLK1hz為接到Display的CLK的1kHZ的信號。clk50mclk1kHZclk1HZclkoutinst圖2clko

9、ut封裝圖clkout的工作時(shí)序仿真圖如圖3所示。圖3分頻模塊仿真圖從clkout的工作時(shí)序仿真圖可以看出：由系統(tǒng)時(shí)鐘提供的50MHz的輸入信號，經(jīng)過分頻模塊，通過兩個分頻產(chǎn)生1HZ及1KHz的時(shí)鐘信號，達(dá)到了設(shè)計(jì)所需的預(yù)期效果。具體程序如下：具體程序如下：時(shí)間：2012年11月01號版本：7.2功能:分頻器（100分頻）分頻模塊DIV源代碼div.vhd如下：分頻程序，從10KHZ中得到1HZ的計(jì)數(shù)頻率，10000分頻Title:頻率