频率计课程设计.docx
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频率计课程设计
《可编程逻辑器件及其应用》课程设计
——————数字频率计设计
总结报告
班级:
自动1101
学号姓名
111401101曹灿
111401102曹斐汉
111401218张东
指导老师:
于卫管旗
日期:
2013/12/23
扬州大学信息工程学院
1技术指标要求
2总体方案设计(说明:
方框图、组成、各部分作用、连接关系、工作原理)
3可编程器件逻辑功能设计
(1)可编程器件简介
(2)顶层设计(顶层方框图、组成、各部分作用、连接关系、工作原理、顶层原理图、仿真结果图、器件选择、管脚锁定、下载测试)
4硬件制作及调试情况
5设计结果情况
6心得体会
器件清单
参考文献
1技术指标要求
1.设计1个6位数字频率计系统,频率范围:
1—999999Hz,分辨率:
1Hz;
2.输入测试信号为正负对称的幅度为1V—5V之间可调的正弦波、脉冲波、三角波;
3.用动态扫描技术实现6位数字显示。
2总体方案设计
根据要求,设计出总体方案,画出系统总体框图,见图所示。
图10.1频率计系统总体框图
各部分的组成及作用如下:
(1)CPLD器件:
接收被测频率信号、1Hz标准信号和动态扫描信号,发出频率数字信号;
(2)转换电路:
将正负对称的幅度为1V—5V之间可调的正弦波、脉冲波、三角波转换为同频率的TTL脉冲波形;
(3)反相驱动电路:
加大由转换电路输出的TTL脉冲波形的驱动能力;
(4)动态扫描显示电路:
用数码管显示输出的频率值;
(5)标准脉冲电路:
产生1Hz的标准脉冲信号和2048Hz的动态扫描信号;
(6)NE555Hz电路和单位显示亮熄电路:
使“Hz”单位一亮一熄;
(7)直流稳压电源:
给各部分电路提供电源。
3可编程器件逻辑功能设计
(1)可编程器件简介
EPM7128是可编程的大规模逻辑器件,为ALTERA公司的MAX7000系列产品,具有高阻抗、电可擦等特点,可用门单元为2500个,管脚间最大延迟为5ns,工作电压为+5V。
(2)顶层设计(顶层方框图、组成、各部分作用、连接关系、工作原理、顶层原理图、仿真结果图、器件选择、管脚锁定、下载测试)
顶层原理图
其中:
TESTCTL模块为测频控制器、CNT10模块为10进制加法计数器、REG4B为锁存器、动态扫描软件模块包括:
BCD6模块(6进制加法计数器)、MUX461模块(数据选择器)、74138模块(3-8译码)和DECL7S模块(七段译码)。
本方案用动态扫描显示结果.也可直接将结果静态显示出来(为每一位计数器输出配译码和显示)。
A测频模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYTESTCTLIS
PORT(CLKK:
INSTD_LOGIC;
CNT,RST,LOAD:
OUTSTD_LOGIC);
ENDTESTCTL;
ARCHITECTUREONEOFTESTCTLIS
SIGNALDIV2CLK:
STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS(CLKK)
BEGIN
IFCLKK'EVENTANDCLKK='1'THEN
DIV2CLK<=NOTDIV2CLK;ENDIF;ENDPROCESS;
PROCESS(CLKK,DIV2CLK)
BEGIN
IFCLKK='0'ANDDIV2CLK='0'THEN
RST<='1';ELSERST<='0';ENDIF;ENDPROCESS;
LOAD<=NOTDIV2CLK;CNT<=DIV2CLK;ENDONE;
仿真图
B计数模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYCNT10IS
PORT(CLK,CLR,ENA:
INSTD_LOGIC;
CQ:
OUTINTEGERRANGE0TO10;
CNT:
OUTSTD_LOGIC);
ENDENTITYCNT10;
ARCHITECTUREBEHAVOFCNT10IS
SIGNALCQI:
INTEGERRANGE0TO10;
BEGIN
PROCESS(CLK,CLR,ENA)
BEGIN
IFCLR='1'THENCQI<=0;
ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN
IFENA='1'THEN
IFCQI<9THENCQI<=CQI+1;
ELSECQI<=0;
ENDIF;ENDIF;ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS(CQI)
BEGIN
IFCQI=9THENCNT<='1';
ELSECNT<='0';
ENDIF;
ENDPROCESS;
CQ<=CQI;
ENDBEHAV;
仿真图
C锁存模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYREG4BIS
PORT(LOAD:
INSTD_LOGIC;
DIN:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
DOUT:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));
ENDENTITYREG4B;
ARCHITECTUREBEHAVEOFREG4BIS
BEGIN
PROCESS(LOAD,DIN)
BEGIN
IFLOAD'EVENTANDLOAD='1'THENDOUT<=DIN;
ENDIF;ENDPROCESS;ENDBEHAVE;
仿真图
D六进制加法计数器模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYBCD6IS
PORT(CLK,CLR:
INSTD_LOGIC;
COUNT:
BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));
ENDBCD6;
ARCHITECTUREBEHAVIOROFBCD6IS
BEGIN
PROCESS(CLK)
BEGIN
IF(CLR='0')THEN
COUNT<="000";
ELSE
IF(RISING_EDGE(CLK))THEN
IF(COUNT="101")THEN
COUNT<="000";
ELSE
COUNT<=COUNT+1;
ENDIF;ENDIF;ENDIF;
ENDPROCESS;ENDBEHAVIOR;
仿真图
E4个6选1数据选择器模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYMUX441ISPORT
(A,B,C,D,E,F:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
S:
INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);
X:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));
ENDENTITYMUX441;
ARCHITECTUREARCOFMUX441IS
BEGIN
MUX461:
PROCESS(A,B,C,D,S)
BEGIN
IFS="000"THENX<=A;
ELSIFS="001"THENX<=B;
ELSIFS="010"THENX<=C;
ELSIFS="011"THENX<=D;
ELSIFS="100"THENX<=E;
ELSIFS="101"THENX<=F;
ELSIFS="110"THENX<=E;
ELSIFS="111"THENX<=F;
ENDIF;ENDPROCESSMUX461;ENDARC;
仿真图
F7段译码器模块
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITYDECL7SIS
PORT(A:
INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
LED7S:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));
ENDDECL7S;
ARCHITECTUREONEOFDECL7SIS
BEGIN
PROCESS(A)
BEGIN
CASEAIS
WHEN"0000"=>LED7S<="0111111";
WHEN"0001"=>LED7S<="0000110";
WHEN"0010"=>LED7S<="1011011";
WHEN"0011"=>LED7S<="1001111";
WHEN"0100"=>LED7S<="1100110";
WHEN"0101"=>LED7S<="1101101";
WHEN"0110"=>LED7S<="1111101";
WHEN"0111"=>LED7S<="0000111";
WHEN"1000"=>LED7S<="1111111";
WHEN"1001"=>LED7S<="1101111";
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDPROCESS;ENDONE;
G3-8译码器模块
直接调用软件里的74138器件,其输出作为动态扫描显示的位控端。
管脚锁定:
FIN锁定2号脚
SMMC锁定83号脚
其余管脚锁定普通的I/O脚
4硬件制作及调试情况
脉冲产生电路和由D触发器组成的二分频电路原理图
图中电阻为10兆欧,10号脚接51pF电容,11号脚接100pF电容。
动态显示系统的接线原理
其框图所示,由总线型数据选择器、计数器、七段译码器、译码器等组成。
动态扫描系统框图
实物连接图
5设计结果情况
根据函数发生器调节频率,数码管显示的频率和发出的频率一致,频率调节范围为1~999999Hz。
6心得体会
起初是一头雾水,建立模块不知道如何下手,兜了很大的圈子,但是后来凭借稍微扎实的功底和大胆设想,硬件电路很快就完成接线并通过测试。
建立模块:
一开始在模块编辑状态下,一个管脚一个管脚定义,并排布管脚,以及与它相应的逻辑功能结合,就是与文本取相同的器件名,就能将定义的模块赋予相应的逻辑功能。
可是作出来的模块外观欠佳,不利于顶层原理图的绘制。
而且编辑一旦出错,就难以删除,造成不必要的麻烦。
但是接下来同学给了我一点提示,就是直接在文本编辑状态下,输入模块的内部逻辑结构,保存为.vhd,软件自动生成模块管脚图。
下载测试后的硬件接线又是一大难题,老师并没有给出硬件设计的详细步骤。
研究顶层原理图,我一直纠结于它到底如何实现功能的。
在研究顶层原理图未果之后,我决定不再纠结它的内部构造,而是转变思路,看外部管脚如何连接。
虽然内部结构复杂难懂,但是整个逻辑器件于外界的联系只有管脚。
可能我的出发点是对的,在硬件电路连接成功后,我才渐渐发现可逻辑编程器件的真正作用,它能完成各种模块不同组合下的逻辑功能,这样有利于电路的集成。
器件清单
EPM7128可编程逻辑器件
CD406014位2进制分频器
74LS74双上升沿D触发器
51PF电容
100PF电容
32768Hz晶体振荡器
BS207数码管
10兆欧电阻
连接导线
参考文献
《FPGA/CPLD器件应用》实验指导书于卫管旗蔡钧
现代数字电路与系统综合实训教程于卫周德芳王茂祥
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 频率计 课程设计