八位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、®冷;）鹿耳皮20122013學(xué)年 第二學(xué)期數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)班 級：10電子信息（1）姓 名： 鮑學(xué)貴李闖王群點(diǎn)軍張力 付世敏 凌玲 尹凡指導(dǎo)教師：周珍艮電氣工程系2013年6月數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師周珍艮執(zhí)行時(shí)間20122013學(xué)年第二學(xué)期第14 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)評分鮑學(xué)貴1009121003系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)李闖1009121037硬件電路設(shè)計(jì)(1)王群1009121061硬件電路設(shè)計(jì)(2)張力1009121089軟件設(shè)計(jì)(1)盧軍1009121047軟件設(shè)計(jì)(2)付世敏1009121105課程設(shè)計(jì)的撰寫(1)凌玲

2、1009121109課程設(shè)計(jì)的撰寫(2)尹凡1009121081課程設(shè)計(jì)方案的檢查設(shè)計(jì)要求設(shè)一個(gè)8位10進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)，能測量最大值小于 5V的正弦波、三 角波、方波或其他周期性波形的頻率，用數(shù)碼管顯示結(jié)果。摘要數(shù)字頻率計(jì)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。數(shù)字頻率計(jì)廣泛應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)生產(chǎn)車間等場所。研究數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，有助于頻率計(jì)功能的不斷完善、性價(jià)比的提高和實(shí)用性的加強(qiáng)。本文介紹了一種自頂向下分層設(shè)計(jì)多功能數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)方法。該頻率計(jì)采用硬件描述語言編程，以為開發(fā)環(huán)境，極大地減少了硬件資源的占用。數(shù)字頻率計(jì)模塊劃分

3、的設(shè)計(jì)具有相對獨(dú)立性，可以對模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試和修改，縮短了設(shè)計(jì)周期。所設(shè)計(jì)的語言通過仿真能夠較好的測出所給頻率并且滿足數(shù)字頻率計(jì)的自動清零和自動測試的功能要求，具有理論與實(shí)踐意義。關(guān)鍵詞 ：;數(shù)字頻率計(jì); ;第一章緒論 11.1 設(shè)計(jì)背景 11.2 設(shè)計(jì)意義 11.3 本文的主要工作 2第二章數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)分析 32.1 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理 32.1.1 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理 32.1.2 系統(tǒng)總體框架圖 32.2 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 42.3 目標(biāo)芯片10K 4第三章各功能模塊基于的設(shè)計(jì)與仿真 63.1 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的電路邏輯圖 63.2 測頻

4、控制信號發(fā)生器的功能模塊及仿真 63.3 系統(tǒng)時(shí)鐘分頻的功能模塊及仿真 83.4 32位鎖存器的功能模塊及仿真 93.4.1 鎖存器 93.4.2 鎖存器的功能模塊及仿真 93.5 數(shù)碼管掃描的功能模塊及仿真 103.6 數(shù)碼管譯碼顯示的功能模塊及仿真 123.7 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊及仿真 143.7.1 計(jì)數(shù)器 143.7.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊及仿真 143.8 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的仿真 16第四章結(jié)束語 23參考文獻(xiàn) 24答辯記錄及評分表25第一章緒 論1.1 設(shè)計(jì)背景數(shù)字頻率計(jì)1是電子測量與儀表技術(shù)最基礎(chǔ)的電子儀表類別之一，數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域

5、不可缺少的測量儀器，而且它是數(shù)字電壓必不可少的部件。當(dāng)今數(shù)字頻率計(jì)不僅是作為電壓表，計(jì)算機(jī)，天線電廣播通訊設(shè)備，工藝過程自動化裝置、多種儀表儀器與家庭電器等許多電子產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)信息輸出顯示器反映到人們眼簾。集成數(shù)字頻率計(jì)由于所用元件少、投資少、體積小、功耗低，且可靠性高、功能強(qiáng)、易于設(shè)計(jì)和研發(fā)，使得它具有技術(shù)上的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性。不論從我們用的彩色電視機(jī)、電冰箱、還有我們現(xiàn)在家庭常用到的數(shù)字電壓表數(shù)字萬用表等等都包含有頻率計(jì)?，F(xiàn)在頻率計(jì)已是向數(shù)字智能方向發(fā)展，即可以很精確的讀數(shù)也精巧易于控制。數(shù)字頻率計(jì)已是現(xiàn)在頻率計(jì)發(fā)展的方向，它不僅可以很方便的讀數(shù)。而且還可以使頻率的測量范圍和測量準(zhǔn)確度

6、上都比較先進(jìn). 而且頻率計(jì)的使用已設(shè)計(jì)到很多的方面，數(shù)字衛(wèi)星，數(shù)字通訊等高科技的領(lǐng)域都有應(yīng)用，今天數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展已經(jīng)不僅僅是一個(gè)小電子產(chǎn)品的發(fā)展也是整個(gè)民族乃至整個(gè)國家的發(fā)展，所以頻率計(jì)的發(fā)展是一個(gè)整體的趨勢。而從民族產(chǎn)業(yè)上來說，我們在這種產(chǎn)業(yè)中還落后于西方發(fā)達(dá)國家，這將會關(guān)系到民族產(chǎn)業(yè)的興衰。所以我們必須很重視當(dāng)前的情況，學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)來發(fā)展本國的電子信息產(chǎn)業(yè)。1.2 設(shè)計(jì)意義我國的頻率計(jì)其實(shí)不是落后發(fā)達(dá)國家太多的，我國在這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展是極其迅速的，現(xiàn)在的技術(shù)實(shí)際已是多年來見證。我國現(xiàn)階段電子產(chǎn)品的市場特點(diǎn)，電子數(shù)字化發(fā)展很快。在我國和發(fā)達(dá)國家的發(fā)展情況是趨于一致的，數(shù)字頻率計(jì)已經(jīng)

7、應(yīng)用于高科技等產(chǎn)品上面，可以不無夸張的說沒有不包含有頻率計(jì)的電子產(chǎn)品。我國的、和數(shù)字音響廣播等新技術(shù)已開始大量進(jìn)入市場。而在今天這些行業(yè)中都必須用到頻率計(jì)。頻率計(jì)已開始并正在向智能，精細(xì)方向的發(fā)展。國外的發(fā)展比我國要早，所以在這些行業(yè)中還領(lǐng)先于我們，我國還是缺少開發(fā)和研發(fā)的資金投入, 很多的電子企業(yè)都不太樂意去花大量的時(shí)間，資金和精力去研究和開發(fā)，這也就使得我國在這方面的人力和資金都不充足，也就無法于發(fā)達(dá)國家相比，不能夠形成一個(gè)量產(chǎn)的效果。從而很多的企業(yè)沒有競爭力，這也和我國其他的民族產(chǎn)業(yè)存在相同的情況，這也正是我國在高速發(fā)展后的今天很少有自己的民族品牌的原因，所以我國應(yīng)該大力的支持自己的民族

8、品牌，不僅僅是要在資金和人才的投入，還要有具體的實(shí)際行動并起到一定的保護(hù)作用。1.3 本文的主要工作本文的主要工作為：(1)首先分析了8 位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。(2)對設(shè)計(jì)工具進(jìn)行了介紹，對設(shè)計(jì)中使用的語言2-3進(jìn)行介紹。(3)對數(shù)字頻率計(jì)的各個(gè)模塊功能的分析，進(jìn)行了功能仿真測試，得出仿真波形圖。本文的安排如下：第一章介紹數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)背景，設(shè)計(jì)意義，第二章介紹技術(shù)原理與概述，本論文是以技術(shù)為基礎(chǔ)編寫的所以對技術(shù)的要求比較高，對語言的編寫以及的運(yùn)用都要比較熟練。介紹了可編程邏輯器件和硬件描述語言，第三章是對數(shù)字頻率計(jì)的基本原理以及對設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行概述，對目標(biāo)芯片的介紹等，第四章介紹各

9、個(gè)功能模塊的基本功能以及語言的分析，將各部分進(jìn)行仿真并對其進(jìn)行仿真分析，測出所給頻率。 對該設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)的仿真進(jìn)行理論值與實(shí)驗(yàn)值的驗(yàn)證，第五章是本文的結(jié)束語。第二章 數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)分析2.1 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理2.1.1 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，通常情 況下計(jì)算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以 大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長則每測 一次頻率的間隔就越長。閘門時(shí)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。數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測量周期信

10、號的頻率。頻率是單位時(shí)間（1S）內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1S時(shí)間內(nèi)對信號波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對穩(wěn)定 與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號， 然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間問隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來。這就是 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。2.1.2 系統(tǒng)總體框架圖系統(tǒng)時(shí)鐘分頻部分is?刀數(shù)碼管顯示 部分圖2.1系統(tǒng)總體框架圖總體框圖設(shè)計(jì)思路：由50系統(tǒng)時(shí)鐘分頻得到0.5的基準(zhǔn)時(shí)鐘。在基準(zhǔn)時(shí)鐘的1S 高電平期間計(jì)被測頻率的脈沖個(gè)數(shù)，1S高電平結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)結(jié)束，所記錄的脈沖個(gè)數(shù) 是被測信

11、號的頻率，為了在數(shù)碼管上顯示計(jì)數(shù)結(jié)果需要鎖存器將所計(jì)的數(shù)鎖存，因此，在基準(zhǔn)時(shí)鐘下降沿來的時(shí)候鎖存器實(shí)現(xiàn)鎖存功能。為了下次計(jì)數(shù)必須將本次計(jì)數(shù)的結(jié)果清零，所以在基準(zhǔn)時(shí)鐘低電平期間對計(jì)數(shù)器清零。被測頻率從計(jì)數(shù)器的是中端輸入實(shí)現(xiàn)頻率的測試。將鎖存器鎖存的數(shù)據(jù)輸入掃描器，通過譯碼器將鎖存的 二進(jìn)制數(shù)譯成十進(jìn)制然后顯示到數(shù)碼管上，最終被讀出來。2.2 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求用測頻法設(shè)計(jì)一個(gè)八位十進(jìn)制的數(shù)字頻率器，測頻范圍是1 到 49999999。(1)測量范圍信號：方波、正弦波；幅度：0.5V5V;頻率：1-4999999。(2)測量范圍信號：脈沖波；幅度：0.5V5V;脈沖寬度100心測量

12、誤差0 1%。(3)顯示器：十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間110秒連續(xù)可調(diào)，對上述三種測量功能分別用不同顏色的發(fā)光二極管指示。( 4)具有自校功能，時(shí)標(biāo)信號頻率為1。2.3 目標(biāo)芯片10K目標(biāo)芯片11選用公司生產(chǎn)的產(chǎn)品10K 系列 9中的84-4， 10K 是公司研制的第一個(gè)嵌入式的可編程邏輯器件系列。它具有高密度、低成本、 低功率等特點(diǎn)，利用 10K系列可編程邏輯器件的可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)邏輯功能和存貯功能。10K 是公司研制的第一個(gè)嵌入式的，它具有高密度、低成本、低功率等特點(diǎn)，是當(dāng)今中應(yīng)用前景最好的器件系列之一。它采用了重復(fù)可構(gòu)造的工藝，并把連續(xù)的快速通道互連與獨(dú)特的嵌入式陣列結(jié)構(gòu)相結(jié)合，同時(shí)可結(jié)

13、合眾多可編程器件來完成普通門陣列的宏功能。每一個(gè) 10K 器件均包括一個(gè)嵌入式陣列和一個(gè)邏輯陣列，因而設(shè)計(jì)人員可輕松地開發(fā)集存貯器、數(shù)字信號處理器及特殊邏輯等強(qiáng)大功能于一身的芯片。采用可編程的查找表()結(jié)構(gòu)。是可編程的最小邏輯單元, 大部分采用基于的查找表邏輯形式結(jié)構(gòu)，用來構(gòu)成邏輯函數(shù)發(fā)生器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2 所示。61E-S圖2.2內(nèi)部芯片結(jié)構(gòu)1164;第三章各功能模塊基于的設(shè)計(jì)與仿真3.1 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的電路邏輯圖8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的電路邏輯圖，它由一個(gè)測頻控制信號發(fā)生器、8個(gè)有時(shí)鐘使能的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器10、一個(gè)32位鎖存器32B網(wǎng)組成。以下分別敘述頻率計(jì)各邏 輯模塊的功能與設(shè)計(jì)

14、方法。8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的電路邏輯如圖 4.18所示。圖3.1 8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)的電路邏輯圖F8INcrnio EDR.01CNT10 5019.1&CLLTESTCTLID CM - EENRSI CLF?_CNTLFl5D D0UT21 .tDlNp1.jO| ECD31 D|> D0U7P1. 0)CLK C0|3 CCLR CRRV_DUT .ENA31CNT1O EDP.4CLK U3 cap.o|CLR CRFY_DUT ENA32CMTW£口11.6CLK (j： CQD.O1 CLROUT CKT1O三口 1$一 121Elk福言,叫CLR SRR

15、VJXJT -ENA3.2 測頻控制信號發(fā)生器的功能模塊及仿真(1)測頻控制信號發(fā)生器的功能模塊如圖4.2所示定丁部-'-jJ : i- CLK TSTEN CLR_CNT 一 ；LOADi s 4 :j inst13:圖3.2測頻控制信號發(fā)生器的功能模塊圖(2)源程序如下:( ;1 測頻控制時(shí)鐘; 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘使能; 計(jì)數(shù)器清零); 輸出鎖存信號;2 ;( )''1'1 時(shí)鐘二分頻2< 2;( 2 )'0' 2 = '0' 產(chǎn)生計(jì)數(shù)器清零信號<= '1'<= '0' ;< 2

16、; <2;頻率計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個(gè)測頻率控制信號發(fā)生器，產(chǎn)生測量頻率的控制時(shí)序?？刂茣r(shí)鐘信號取為1， 2 分頻后即可產(chǎn)生一個(gè)脈寬為1 秒的時(shí)鐘，以此作為計(jì)數(shù)閘門信號。當(dāng)為高電平時(shí)，允許計(jì)數(shù)；當(dāng)由高電平變?yōu)榈碗娖?下降沿到來)時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號，將計(jì)數(shù)值保存起來；鎖存數(shù)據(jù)后，還要在下次上升沿到哦來之前產(chǎn)生零信號，將計(jì)數(shù)器清零，為下次計(jì)數(shù)作準(zhǔn)備，如圖3.3所示為測頻控制信號仿真圖。3.3系統(tǒng)時(shí)鐘分頻的功能模塊及仿真(1)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻的分頻功能模塊如圖3.4所以。一.:M心：UU.j inst;II 3 1 1、 h" ”1| |-H+ ' 1 » "&

17、#187; " 1 '"JL圖3,4系統(tǒng)時(shí)鐘分頻的功能模塊圖(2)源程序如下：；1164;；1(；)；1；10 500000;J()'1500<=0;<1;該模塊由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻模塊12為的計(jì)數(shù)能使信號產(chǎn)生一個(gè)1S脈寬的周期信號，并對頻率計(jì)中的32位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器10的 使能端進(jìn)行同步控制。高電平時(shí)允 許計(jì)數(shù)；當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)停止計(jì)數(shù)，并保持其所計(jì)的脈沖數(shù)。在停止計(jì)數(shù)期間，從仿真 圖3.5中可以看出，一個(gè)鎖存信號 的上跳沿將計(jì)數(shù)器在前一秒的計(jì)數(shù)值鎖存進(jìn)鎖 32B 中，并由外部的十進(jìn)制7段數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)值。設(shè)置鎖存器的好處是數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定， 不會由于周期性的清

18、零信號而不斷閃爍。鎖存信號后，必須有一個(gè)清零信號對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，為下一秒的計(jì)數(shù)操作做準(zhǔn)備。圖3,5系統(tǒng)時(shí)鐘分頻的分頻功能仿真圖3.4 32位鎖存器的功能模塊及仿真3.4.1 鎖存器13鎖存器()是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電 平作用下改變狀態(tài)。鎖存，就是把信號暫存以維持某種電平狀態(tài)。鎖存器的最主要 作用是緩存，其次完成高速的控制其與慢速的外設(shè)的不同步問題，再其次是解決驅(qū) 動的問題，最后是解決一個(gè) 口既能輸出也能輸入的問題。3.4.2 鎖存器的功能模塊及仿真(1) 32位鎖存器的功能模塊如圖3,6所示。rREG32B """ ILJ!

19、 LOADDOUT31 0LDinri.q：insilS."ii 工 i q » i * i i i,i一4圖3,6鎖存器的功能模塊圖(2)源程序如下：1164;32B(;(31 0)；(31 0)；32B;32B(,)'1 ；鎖存輸入數(shù)據(jù)；J仿真圖3.7的 信號上升沿到來時(shí)將對輸入到內(nèi)部的 10計(jì)數(shù)信號進(jìn)行鎖存，并 將結(jié)果輸出給。當(dāng)輸入信號上升到時(shí)就會產(chǎn)生鎖存，否則，不進(jìn)行鎖存，該仿真在 上升沿的時(shí)候，將其鎖存起來，直到下個(gè)上升沿才會改變鎖存的數(shù)據(jù)， 如仿真在“1 的時(shí)候上升，則對“ 1”進(jìn)行鎖存。圖3.7鎖存器的功能仿真3.5 數(shù)碼管掃描的功能模塊及仿真(1)數(shù)

20、碼管掃描網(wǎng)的功能模塊如圖4.8所示。' SELH ME " "：= :- CLK DA0UT13 3- DIN31 0SEL2.O -圖3.8數(shù)碼管掃描的功能模塊(2)源程序如下:(31 0);(3 0);(2 0);(2 0);0(''1')("111") <="000"<1;(31 0)"000"=><(3 0);"001"=><(7 4);"010"=><(11 8);"011&q

21、uot;=><(15 12);"100"=><(19 16);"101"=><(23 20);"110"=><(27 24);"111"=><(31 28);<鎖存信號輸出31.0,然后由進(jìn)行掃描輸出，從仿真圖3.9可以得出，當(dāng)為“ 000時(shí)選通第一個(gè)10,輸出到7進(jìn)行譯碼輸出。該仿真圖中的為“ 000”選通 第一個(gè)7,當(dāng)所選為“ 001”時(shí)所選通第二個(gè)6,依次類推。當(dāng)所選為“ 111”時(shí)所選 第八個(gè)00當(dāng)每選定一個(gè)通道所對應(yīng)的輸入一個(gè) 4位的二進(jìn)制

22、數(shù)所對應(yīng)得數(shù)碼管，圖 4.9為數(shù)碼管掃描的仿真圖。圖3.9數(shù)碼掃描管仿真圖3.6 數(shù)碼管譯碼顯示的功能模塊及仿真(1)數(shù)碼管譯碼顯示的功能模塊如圖 3.10所示LED7"' "-'DIM3 0 DOLT6 0 T instV；ji| I I I-! I Sf«BI |.B4 l|V-VB| I l|H I I- l*i| I II 84 I M4 | 1Tl圖3.10數(shù)碼管譯碼顯示的功能模塊(2)源程序如下：；1164;(3 0)；(6 0)；7；77(6 0)；()"0000"=><="0111111&q

23、uot;"0010"=><="1011011""0100"=><="1100110""0111"=><="0000111""1010"=><="1110111""1101"=><="1011110""0001"=><="0000110"；"0011"=><

24、="1001111""0101"=><="1101101""1000"=><="1111111""1011"=><="1111100""1110"=><="1111001"0110"=><="1111101"；"1001"=><="1101111""1100"

25、;=><="0111001""1111"=><="1110001"；11杵魁111dl91低:D31數(shù)碼譯碼14主要是用來完成各種碼制之間的轉(zhuǎn)換。例如可用來完成一十進(jìn)制數(shù)、 十進(jìn)制數(shù)一之間數(shù)制的轉(zhuǎn)換。從圖 3.11仿真圖可知，當(dāng)?shù)妮斎霝椤?0X7E?數(shù)碼管就 會顯示為“0”，當(dāng)?shù)妮斎霝椤?X06”數(shù)碼管就會顯示為“1”。圖3.11為數(shù)碼管譯碼 顯示仿真圖。 口M斑反打6匚四仙I0H 二瑞f I- 2 011 2.15 t ?冊e 3皿 3 36 r網(wǎng)!111nliuuIiIST7TUT圖3.11數(shù)碼管譯碼顯示仿

26、真圖3.7 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊及仿真3.7.1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)是一種最簡單基本的運(yùn)算，計(jì)數(shù)器15就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路，計(jì)數(shù) 器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測量、計(jì)數(shù)和控制的功能， 同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及觸發(fā)器等。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計(jì)算機(jī)的控制器中對 指令地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運(yùn)算器中作乘法、除法運(yùn)算時(shí)記 下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計(jì)數(shù)等等。計(jì)數(shù)器可以用來顯示產(chǎn) 品的工作狀態(tài)，一般來說主要是

27、用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標(biāo)在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)，常見的有 3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計(jì)數(shù)器 最大可以顯示到999, 4位數(shù)的最大可以顯示到9999。3.7.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊及仿真(1)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊如圖 3.12所示。=crjTi o=CLK CQ3 0i一 CLRCARRY OUT ''F! EMA: instilI 一 j Ij I i BS j . l| Bii I a.>4r|.rjlH 上圖3.12十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能模塊(2)源程序如下:J1164;10(；計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號；清零信號；計(jì)數(shù)使能信號0 15; 4位計(jì)數(shù)結(jié)

28、果輸出)； 計(jì)數(shù)進(jìn)位10;100 15;()1' <= 0;計(jì)數(shù)器異步清零<9 <1;<=0; 等于9,則計(jì)數(shù)器清零;()9 <= '1' 進(jìn)位輸出 <=0 ;J<JJ該仿真的作用是實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。從仿真圖3.13中可以得出，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)10計(jì)數(shù)輸出9時(shí)，下一秒時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)信號作為下一個(gè)10的時(shí)鐘信號，同時(shí) 清零，依次遞推到8個(gè)10。MasHeiOps可卜nter*(144s Irt&vat門掣w兔itEnd工回打一 lig一瓜加1岬、一如j圖3.13十進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真圖/一些與A-3.8 8位十進(jìn)制數(shù)字頻

29、率計(jì)的功能仿真及電路圖J1164;10(；計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號；清零信號；計(jì)數(shù)使能信號0 15; 4位計(jì)數(shù)結(jié)果輸出)；計(jì)數(shù)進(jìn)位10;100 15;()計(jì)數(shù)器異步清零'1' <= 0;''1''1'<9 <1;<=0; 等于 9,則計(jì)數(shù)器清零;()9 <= '1' 進(jìn)位輸出<= '0' ;<1164;32B( ;(31 0);(31 0);32B;32B( , )''1' < 鎖存輸入數(shù)據(jù);1164;( ;1 測頻控制時(shí)鐘; 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘使能; 計(jì)

30、數(shù)器清零); 輸出鎖存信號;2 ;( )''1'1 時(shí)鐘二分頻 2< 2;( 2 )'0' 2 = '0'產(chǎn)生計(jì)數(shù)器清零信號<= '1'<= '0' ;< 2; <2;1164;8( ;(31 0);8;810待調(diào)用的有時(shí)鐘使能的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器端口定義( ;(3 0););10;32B 待調(diào)用的32位鎖存器端口定義( ;(31 0);(31 0);32B;待調(diào)用的測頻控制信號發(fā)生器端口定義( ;);JS12345678;(31 0)；U0 (>>, >>)

31、；U110(>>>,> (3 0)>S1);名字關(guān)聯(lián)U210(>S1>>U310U410U510U610U710U810U932B(S2 (11(S3 (15(S4 (19(S5 (23(S6 (27(S7 (31(>>(318 )3)； 12)4); 16)5); 20)6); 24)7); 28)8);0)>);> (7 4)>S2);位置關(guān)聯(lián)J通過圖3.15和圖3.16可以得出，當(dāng)時(shí)鐘信號輸入為1s,測試信號輸入為1.0時(shí)， 那么該電路輸出的頻率理論值為 1000,經(jīng)編譯和仿真后，其結(jié)果顯示確實(shí)為 1000,通

32、 過使用這個(gè)完全集成化、易學(xué)易用的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境，利用語言設(shè)計(jì)完成8位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)，能夠較好的測定所給頻率，并且具有自動清零和自動測試的功能， 基本符合此次課程設(shè)計(jì)給出的要求，這就證明了本設(shè)計(jì)和原理是正確可行的。圖 3.14 為綜合結(jié)果仿真圖圖3.14綜合結(jié)果圖-UUTL1| WUTlDF - uutET-Dai7ta1DMT1 HUTC| nwt3j MUI . MUT31-nU72|NMTI圖3.18計(jì)數(shù)器電路圖鎖存器電路圖如圖3.19所示。LuuTa|-rartL»lM-uhtbb|-rartLil-liWw!_n_rLrLr5TrLrLrLn2rLrLn_r_r_r_

33、rLn_rLrl_rLrLrLrL ；<1 I F II Il k H iriiiiN liiri I»n|i »Ji hfi- rni 11 rid i -J I - 11圖3.15數(shù)字頻率計(jì)仿真圖（1）圖3.17測頻控制電路圖計(jì)數(shù)器電路圖如圖3.18所示。圖3.16數(shù)字頻率計(jì)仿真圖（ 測頻控制電路如圖4.17所示。DV2CLKa >1ADSRCl Hl >Equ '3ESI>L1口 JMT>-STFNPE (>ENACLRDOUT3l.OHegODIN31 0LOAD ILEUD QEKACLR圖3.19鎖存器電路圖當(dāng)所輸入的

34、信號為64時(shí)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管上顯示如圖3.20所示圖3.20輸入信號為64時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖當(dāng)輸入頻率為65500時(shí)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管上顯示如圖3.21所示。上工 < .-_ _ J一 ， , ，九晝>。鼻圖4.21輸入信號為65500時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖當(dāng)輸入頻率為750000時(shí)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管上顯示如圖3.22所示。 . . , 1tlI. W* *J ，:. i hill ，:圖3.22輸入信號為750000時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖當(dāng)輸入頻率為12000000時(shí)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管上顯示如圖3.23所示180 0 I B 3 3圖3.23輸入信號為時(shí)的實(shí)驗(yàn)圖通過實(shí)驗(yàn)可以得出當(dāng)輸入頻率比較小時(shí)理論值與實(shí)驗(yàn)值一致，當(dāng)輸入頻率很大時(shí)實(shí)驗(yàn)箱數(shù)碼管上的顯示值與理論值有比較小的誤差，該誤差是由于實(shí)驗(yàn)箱元器件電路老化，測量精度不高，當(dāng)頻率過高的時(shí)候可能會導(dǎo)致相關(guān)元器件及其組成電路功能不能完 全實(shí)現(xiàn)，畢竟實(shí)驗(yàn)箱不是理想的，存在一定的不穩(wěn)定性，在輸入頻率小時(shí)，可能反映不 出來，當(dāng)輸入頻率大時(shí)，可能就表現(xiàn)出來。第四章 結(jié)束語首先，感謝和我一起完成課程設(shè)計(jì)的各位同學(xué)，在數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中我們遇到了很多困難，通過這次對課程設(shè)計(jì)的進(jìn)一步操作，能更好的在上進(jìn)行 程序的編譯及各個(gè)模塊的仿真，雖然在實(shí)際操作過程中由于粗心造成了程序的缺失和錯(cuò)誤，但都在同學(xué)的幫助下一一解決了。很好地鞏