发布时间：2014-12-05 来源：人大经济论坛

VHDL数字频率计(一)_电子信息工程毕业论文范文 VHDL数字频率计 数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。将使整个系统大大简化。提高整体的性能和可靠性。 VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成电路硬件描述语言）诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（LibraryBased）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。 数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛。本设计用VHDL在CPLD器件上实现数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用VDHL编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。 数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其它许多领域广泛应用的测量频率计是一种数字显示频率测量仪表。 数字频率计可以在规定的基准时间内把被测量脉冲数计下来换算成频率并以数字形式显示出来它即可测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数、物体转动速度、明暗变化的闪光次数、单位时间内经过传送带的产品数量。等等。这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的电信号，然后用数字频率计测量单位时间内的变化次数，再用数码管显示出来。因此，字是一种应用范围较广的通用型数字仪器。该装置电路简单，制作容易，运用数字电路知识。即可完成设计任务。 工作原理及电路方框图 数字频率计实际上是一个脉冲计数器，即在单位时间内计脉冲个数就可以得到信号频率，频率是计核心由计数器和脉冲信号发生器闸门电路、锁存器、显示器等组成。工作过程为。单位时间内脉冲控制闸门电路被测信号在1s内通过闸门，经计数器在单位时间内脉冲结束，同时关闭闸门电路完成计数值锁存，之后将计数器清零为下一次锁存做准备锁存数据直接送到译码显示。可控制计数锁存，译码显示系统使计数按照一定工作程序有条理地工作。（如计数→显示→清零→准备→下次测量）如果在系统中不接锁存器，显示器上的数字就会随计数器状态不停地变化，只有在计数器停止时数字才会稳定所以在计数后必须接锁存器。 交变电信号或脉冲的频率是指单位时间内所产生的电振动的次数或脉冲个数。用公式可表示为： f=N/t 式中，f为频率；N为在t时间内电振动次数或脉冲个数；t为产生N次电振动或N个脉冲需要的时间。 为了采用数字技术实现对各种物理量频率的测量，除了用传感器将物理量变成电信号外，还需要把各种非矩形波的电振动信号通过波形变换电路（常用施密特电路）进行整形，将其变为规则的脉冲信号（数字信号），以便于计数器计数。 实现频率测量的另一必备环节是时基电路。秘谓进基电路，就是产生时间标准信号的电路装置。既然是时间标准，就要求准确稳定。通常采用石英振荡器做成标准时间（例如1MHz或5MHZ）信号发生器。振荡器的输出信号先要进行整形，再进行人声分频，以获得各种时基信号。 利用所获得的基准信号来触发控制电路，进而得到一定宽度的闸门信号，用它去控制主控门的开门时间——取样时间。在取样 时间里，主控门允许被测信号通往计数器计数。控制电路的另一 作用是在每次取样过后还要封锁主控门和时基信号输入，使计数器显示的数字停留一段时间，以便观测和读取数据。总之，控制电路的任务就是打开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，此过程不断重复进行。 频率计的原理图如下图所示。 被测频率由A输入，经放大器放大和整形器整形后送往主控门。晶体振荡器的输出选择开关，将所需用的时基信号（如1s）作为控制电路的触发信号。控制电路输出接往主控门，该输出端仅在所选时间基准（即取样时间）内维持高电平，使主控门打开，被测信号在取样时间内通过主控门，进入计数器计数，计数数值由装在频率计面板上的显示器显示出来。此即噗所测信号的频率值。测量频率的原理波形如下示。 本频率计要求测量范围为.0.1~9999Hz，可测量1s和10s内的脉冲数，显示时间分“手动”和“自动”时，显示时间在0.5~5s之间连续可调；拨到“手动”时显示时间由“手动”按钮控制，输入被测信号幅度Vim100mV 设计步骤和方法 单位时间脉冲电路 单位时间脉冲电路的目的是产生宽度为单位时间的正脉冲，控制闸门电路开启，并产生一定长度的低电平准备在次测量 多谐振荡即