實驗六 數(shù)字頻率計的設(shè)計

1、1南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：中興101班實驗類型：□驗證□綜合■設(shè)計□創(chuàng)新實驗日期：2012年12月14日成績：實驗六實驗六數(shù)字頻率計的設(shè)計數(shù)字頻率計的設(shè)計一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?)設(shè)計具有較高測量精度的頻率計；2)進一步學(xué)習(xí)QUATUSII的使用3)學(xué)會看RTLVIEWER圖。4)熟悉實驗設(shè)備和軟件，掌握實驗操作。二、實驗內(nèi)容與要求二、實驗內(nèi)容與要求本實驗要完成的任務(wù)就是設(shè)計一個頻率計，系統(tǒng)時鐘選擇核心板上的50M的

2、時鐘，閘門時間為1s（通過對系統(tǒng)時鐘進行分頻得到），在閘門為高電平期間，對輸入的頻率進行計數(shù)，當(dāng)閘門變低的時候，記錄當(dāng)前的頻率值，并將頻率計數(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)字時鐘源模塊的時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)字信號進行頻率測量。當(dāng)撥動開關(guān)為高電平時，測量從外部輸入的數(shù)字信號，否則測量系統(tǒng)數(shù)字時鐘信號模塊的數(shù)字信號。三、實驗儀器三、實驗儀器PC機、Qu

3、artusII軟件、EDA實驗箱四、實驗思路四、實驗思路數(shù)字頻率計工作原理概述數(shù)字頻率計工作原理概述數(shù)字頻率計的設(shè)計原理實際上是測量單位時間內(nèi)的周期數(shù)。這種方法免去了實測以前的預(yù)測，同時節(jié)省了劃分頻段的時間，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。采用一個標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)時鐘，在單位時間(1s)里對被測信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)，即為信號的頻率。由于閘門的起始和結(jié)束時刻對于信號來說是隨機的，將會有一個脈沖周

4、期的量化誤差。進一步分析測量準(zhǔn)確度：設(shè)待測信號脈沖周期為Tx頻率為Fx，當(dāng)測量時間為T=1s時，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，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數(shù)器的使能信號進行雙重控制，大大提高了準(zhǔn)確度。當(dāng)門控信號

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

6、tctl、計數(shù)器Cnt10、鎖存器reg32b存在一個工作時序的問題，設(shè)計時需要綜合考慮。8位數(shù)字頻率計的頂層框圖（endfreq.bdf），設(shè)計實現(xiàn)包括信號源模塊（F1MHZ、CNT）、頻率計模塊（FREQ）和顯示模塊（display）三大模塊。五原理圖輸入法設(shè)計（小時進制轉(zhuǎn)換參考百度文庫上的程序，其余獨立完成）五原理圖輸入法設(shè)計（小時進制轉(zhuǎn)換參考百度文庫上的程序，其余獨立完成）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)計輸入原理圖設(shè)計輸入打開QuartusII，選菜單File→New，選擇“DeviceDesignFileBlockDiagramSchematicFile”項。點擊“OK”在主界面中將打開“BlockEdit”窗口。(1)(1)分頻器模塊：（實體名為分頻器模塊：（實體名為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)時鐘clk（50MHz）進行分頻的模塊，設(shè)計源代碼clkout.VHD對輸入系統(tǒng)時鐘clk（50MHz）進行分頻產(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的工作時序仿真圖如圖3所示。圖3分頻模塊仿真圖從clkout的工作時序仿真圖可以看出：由系統(tǒng)時鐘提供的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的時鐘信號，達到了設(shè)計所需的預(yù)期效果。具體程序如下：具體程序如下：時間：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的計數(shù)頻率，10000分頻Title:頻率