EEDA課程設(shè)計報告模版

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)北 華 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院課程設(shè)計報告（論文）設(shè)計課題： 數(shù)字頻率計的設(shè)計 專業(yè)班級： B09211 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 胡輝 設(shè)計時間： 2015.6.7 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系 EDA技術(shù)與實踐 課程設(shè)計任務(wù)書姓 名：專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)班 級：1221指導(dǎo)教師：胡輝職 稱：教授課程設(shè)計題目：數(shù)字頻率計的設(shè)計總體設(shè)計要求：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握可編程器件、EDA開發(fā)系統(tǒng)軟件、硬件描述語言和電子線路設(shè)計與技能訓(xùn)練等各方面知識；提高工程實踐能力；學(xué)會應(yīng)用

2、EDA技術(shù)解決一些簡單的電子設(shè)計問題。技術(shù)要點：設(shè)計一個能測量方波（3-5V）信號頻率的數(shù)字頻率計，測量結(jié)果用4位LED顯示器顯示。測量頻率范圍（量程）可分為3檔。 （1）0HZ 9999HZ （2）10KHZ 99.99KHZ （3）100KHZ 999.9KHZ要求設(shè)置3個量程的的狀態(tài)顯示（3個發(fā)光二極管），并且具有超量程提示報警功能。所需儀器設(shè)備：EDA實驗箱一臺PC機(jī)一臺數(shù)字頻率計一臺成果驗收形式：1與設(shè)計內(nèi)容對應(yīng)的軟件程序2課程設(shè)計報告書3成果使用說明書4設(shè)計工作量要求參考文獻(xiàn)：1 EDA技術(shù)與實驗 李國洪胡輝 機(jī)械工業(yè)出版2 EDA原理及VHDL實現(xiàn) 何斌 清華大學(xué)出版社時間安排周

3、一：總體方案設(shè)計周二：設(shè)計軟件流程及編程周三：編程周四：軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試周五：驗收實驗指導(dǎo)教師：胡輝 教研室主任： 2015年6月20日內(nèi) 容 摘 要本文主要介紹了以ALTERA公司的FPGA芯片EPL10K10L84為核心的智能數(shù)字頻率計的工作原理及其設(shè)計。隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)和工具發(fā)生了深刻的變化，大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA的出現(xiàn)，給設(shè)計人員帶來了諸多的方便。VHDL（即超高速集成電路硬件描述語言）是隨著可編程邏輯器件（PLD）發(fā)展起來的一種硬件描述語言，主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口，是電子設(shè)計自動化（EDA）的關(guān)鍵技術(shù)之一，本設(shè)計采用當(dāng)前最普遍使用的

4、QuartusII軟件進(jìn)行編譯。數(shù)字頻率計是一種基本的測量儀器，它被廣泛用于航天、電子、測控等領(lǐng)域，它是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。本設(shè)計直接使用數(shù)碼管顯示被測信號頻率，采用VDHL編程設(shè)計實現(xiàn)的數(shù)字頻率計，除被測信號的整形部分、鍵輸入部分和數(shù)碼顯示部分以外，其余全部在一片F(xiàn)PGA芯片上實現(xiàn)，整個系統(tǒng)非常精簡，而且具有靈活的現(xiàn)場可更改性。在不更改硬件電路的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行各種改進(jìn)還可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計具有高速、精確、可靠、抗干擾性強和現(xiàn)場可編程等優(yōu)點。通常情況下，頻率的測量方法是，在閘門時間為1秒的時間內(nèi)，計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)。閘門時

5、間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，測得的頻率精度也會受影響。數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。索引關(guān)鍵詞： EDA QuartusII VHDL 數(shù)字頻率計 閘門電壓目錄 TOC o 1-3 h z u 1 概述1.1 數(shù)字頻率計的基本原理 頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時

6、我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。本文。數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進(jìn)行測試，比如機(jī)械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應(yīng)用很廣泛的儀器電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。 集成電

7、路的類型很多，從大的方面可以分為模擬電路和數(shù)字集成電路2大類。數(shù)字集成電路廣泛用于計算機(jī)、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運行的電信號，其大小往往并不改變，但在實踐分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個特點。數(shù)字集成電路作為電子技術(shù)最重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，已廣泛地深入到各個應(yīng)用領(lǐng)域VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成電路硬件描述語言）誕生于1982年，是由美國國防部開發(fā)的一種快速設(shè)計電路的工具，目前已經(jīng)成為IEEE（The Institute of Ele

8、ctrical and Electronics Engineers）的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。相比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)的設(shè)計方法，VHDL具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，支持自頂向下（Top to Down）和基于庫（LibraryBased）的設(shè)計的特點，因此設(shè)計者可以不必了解硬件結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進(jìn)行系統(tǒng)方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在方框圖一級用VHDL對電路的行為進(jìn)行描述，并進(jìn)行仿真和糾錯，然后在系統(tǒng)一級進(jìn)行驗證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級邏輯電路的網(wǎng)表，下載到具體的CPLD器件中去，從而實現(xiàn)可編程的專用集成電路的設(shè)計。數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應(yīng)用，實際的硬件設(shè)計

9、用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，以EDA工具作為開發(fā)手段，運用VHDL語言。將使整個系統(tǒng)大大簡化。提高整體的性能和可靠性。1.2頻率計實現(xiàn)頻率計的結(jié)構(gòu)包括一個測頻率控制信號發(fā)生器、一個計數(shù)器和一個鎖存器（1）測頻率控制信號發(fā)生器設(shè)計頻率極的關(guān)鍵是設(shè)計一個測頻率控制信號發(fā)生器，產(chǎn)生測量頻率的控制時序?？刂茣r鐘信號clk取為1Hz，2分頻后即可查聲一個脈寬為1秒的時鐘test-en，一此作為計數(shù)閘門信號。當(dāng)test-en為高電平時，允許計數(shù)；當(dāng)test-en由高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄏ陆笛氐絹恚r，應(yīng)產(chǎn)生一個鎖存信號，將計數(shù)

10、值保存起來；鎖存數(shù)據(jù)后，還要在下次test-en上升沿到哦來之前產(chǎn)生零信號clear，將計數(shù)器清零，為下次計數(shù)作準(zhǔn)備。（2）計數(shù)器計數(shù)器以待測信號作為時鐘,清零信號clear到來時,異步清零;test-en為高電平時開始計數(shù)。計數(shù)是以十進(jìn)制數(shù)顯示,本文設(shè)計了一個簡單的10kHz以內(nèi)信號的頻率機(jī)計，如果需要測試較高的頻率信號，則將dout的輸出位數(shù)增加，當(dāng)然鎖存器的位數(shù)也要增加 。（3）鎖存器當(dāng)test-en下降沿到來時，將計數(shù)器的計數(shù)值鎖存，這樣可由外部的七段譯碼器 譯碼并在數(shù)碼管顯示。設(shè)置鎖存器的好處是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，不會由于周期性的清零信號而不斷閃爍。鎖存器的位數(shù)應(yīng)跟計數(shù)器完全一樣。2 方

11、案設(shè)計與論證2.1 頻率計測量頻率的原理（1）直接測頻法原理：在一個單位時間t里計數(shù)被測信號的上升沿/下降沿的個數(shù)N。如t=1s，則被測信號頻率為N Hz。優(yōu)點：過程簡單，計算量少，計數(shù)的結(jié)果就是被測信號的頻率缺點：單位時間t的精確影響測量誤差；計數(shù)個數(shù)存在1的誤差，其對低頻影響較大，對高頻影響較小。適用：存在正負(fù)1誤差，適合于高頻（2）周期測頻法原理：測量被測信號連續(xù)兩個上升沿/下降沿之間的時間間隔t，再求t的倒數(shù)，或在被測信號的一個周期里，計數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號的個數(shù)N，N*t(t為標(biāo)準(zhǔn)信號周期)即為被測信號的周期，1/N*t即為頻率。優(yōu)點：測量時間快，最短只需被測信號的一個周期缺點：需要求倒數(shù)/除

12、法運算，存在誤差；計數(shù)時間間隔存在1的誤差；這些誤差對低頻影響小，對高頻影響大；當(dāng)被測信號頻率大于標(biāo)準(zhǔn)信號時，這種方法幾乎不可以用適用：適用于低頻，當(dāng)被測信號大于標(biāo)準(zhǔn)信號時，不適用。（3）等精度測頻法原理：對時間閘門信號用被測信號進(jìn)行同步，達(dá)到減少正負(fù)1的誤差。對低頻信號尤其有效。計算： 標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)結(jié)果為Nt，頻率為Fs，單位為Hz，則被測頻率Ft = Fs*(Nt/Ns)優(yōu)點：在低頻階段比直接測頻法有所改進(jìn)，在測量頻率比標(biāo)準(zhǔn)頻率高時，精度不會提高。本設(shè)計采用直接測頻法，因為其具有普遍性，達(dá)到本設(shè)計精度要求，方法簡單易行。2.2 分頻器分頻器，將輸入信號的頻率分成小的，所需的頻率以滿足實驗要

13、求，其原理為計數(shù)器，每來個時鐘脈沖，計數(shù)器加一，計數(shù)達(dá)到所需的時間周期后（對應(yīng)所需頻率），輸出高/低電平，實現(xiàn)分頻功能。本設(shè)計用分頻器來實現(xiàn)所需閘門時間1s，用以下一步的脈沖計數(shù)使用。2.3 計數(shù)器計數(shù)器用以計算閘門時間內(nèi)被測信號的脈沖個數(shù)，即被測信號的頻率，本設(shè)計閘門時間為1S，那么在一秒內(nèi)計了多少個數(shù)，那么就是被測信號就是多少HZ。2.4數(shù)字顯示方案論證本設(shè)計采用5位7段數(shù)碼管顯示，原理簡單，控制容易，代碼易編寫，方案為：數(shù)碼管低四位顯示頻率計的有效數(shù)字，第5位顯示乘數(shù)，如所測頻率為HZ，則顯示2 10000，如所測頻率為，則顯示1 10000。3 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算3.1 輸入計數(shù)模

14、塊 圖1為圖1代碼如下：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity corna is port(clr,sig,door:in std_logic; alm:out std_logic; q3,q2,q1,q0,dang:out std_logic_vector(3 downto 0); end corna; architecture corn_arc of corna is begin process(door,sig) variable c0,c1,c2,c3,c4,c

15、5:std_logic_vector(3 downto 0); variable x:std_logic; begin if sigevent and sig=1then if door=1then if c01001then c0:=c0+1; else c0:=0000; if c11001then c1:=c1+1; else c1:=0000; if c21001then c2:=c2+1; else c2:=0000; if c31001then c3:=c3+1; else c3:=0000; if c41001then c4:=c4+1; else c4:=0000; if c5

16、1001then c5:=c5+1; else c5:=0000; alm=1; end if; end if; end if; end if; end if; end if; else if clr=0then alm=0; end if; c5:=0000; c4:=0000; c3:=0000; c2:=0000; c1:=0000; c0:=0000; end if; if c5/=0000then q3=c5; q2=c4; q1=c3; q0=c2; dang=0010; elsif c4/=0000then q3=c4; q2=c3; q1=c2; q0=c1; dang=000

17、1; elsif c3/=0000then q3=c3; q2=c2; q1=c1; q0=c0; dang=0000; elsif c2/=0000then q3=0000;q2=c2;q1=c1;q0=c0;dang=0000;elsif c1/=0000then q3=0000;q2=0000;q1=c1;q0=c0;dang=0000;elsif c0/=0000then q3=0000;q2=0000;q1=0000;q0=c0;dang=0000;end if; end if;end process; end corn_arc;3.2 分頻模塊圖2為圖2代碼如下：library i

18、eee; use ieee.std_logic_1164.all; entity fen is port(clk:in std_logic; q:out std_logic); end fen; 3.3檔位顯示模塊3.4鎖存模塊3.5顯示驅(qū)動模塊4 總原理圖 5 安裝與調(diào)試將試驗箱中所用到的模塊用導(dǎo)線連接起來，確定各級連線正確，保證連線穩(wěn)定，將調(diào)試好的程序下載到芯片里，通過信號發(fā)生模塊給系統(tǒng)發(fā)送不同頻率的方波，檢查其顯示是否正確，如果顯示不正確，那么重新調(diào)試系統(tǒng)。6 性能測試與分析使用SG1646多功能函數(shù)信號發(fā)生器/頻率計進(jìn)行校正，使用其提供的一定頻率的信號，將儀器上顯示的發(fā)生的信號的頻率與測量后得到的頻率相比較，誤差約為1%。7 結(jié)論通過硬件驗證，頻率計工作正常，能夠達(dá)到設(shè)計要求，可以準(zhǔn)確測量量程內(nèi)的頻率參數(shù)，準(zhǔn)確的顯示量程，超過量程即報警，演示結(jié)束并通過了老師的驗收，本系統(tǒng)合格。8 心得體會 通過本次課設(shè)，我不僅鞏固了課本所學(xué)知識，而且學(xué)到了許多課外的知識，鍛煉了我的實踐綜合能力，即讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓們明白了如何解決在實踐中遇到的問題。從整體方案的設(shè)計到各個模塊的