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(hào)：專業(yè)班級(jí)：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(jī)：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?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?)設(shè)計(jì)具有較高測(cè)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(huì)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(gè)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(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到），在閘門為高電平期間，對(duì)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(cè)頻率通過一個(gè)撥動(dòng)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(hào)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(gè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量。當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)為高電平時(shí)，測(cè)量從外部輸入的數(shù)字信號(hào)，否則測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)模塊的數(shù)字信號(hào)。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(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的周期數(shù)。這種方法免去了實(shí)測(cè)以前的預(yù)測(cè)，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(cè)頻模式而低頻段采用測(cè)周期模式的測(cè)量方法存在換擋速度慢的缺點(diǎn)。采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)時(shí)鐘，在單位時(shí)間(1s)里對(duì)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即為信號(hào)的頻率。由于閘門的起始和結(jié)束時(shí)刻對(duì)于信號(hào)來說是隨機(jī)的，將會(huì)有一個(gè)脈沖周

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

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

6、tctl、計(jì)數(shù)器Cnt10、鎖存器reg32b存在一個(gè)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(hào)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(shí)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(hào)和1KHz的數(shù)碼管掃描信號(hào)，而對(duì)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(duì)輸入系統(tǒng)時(shí)鐘clk（50MHz）進(jìn)行分頻產(chǎn)生1Hz信號(hào)及1KHz信號(hào)。clkout的封裝圖如1所示，圖中CLK50m為接入的50MHZ信號(hào)，圖中CLK1khz為接到TElTCL的CLK的1HZ的信號(hào)CLK1hz為接到Display的CLK的1kHZ的信號(hào)。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(hào)，經(jīng)過分頻模塊，通過兩個(gè)分頻產(chǎn)生1HZ及1KHz的時(shí)鐘信號(hào)，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(hào)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