100MHz等精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)

1、數(shù)電課設(shè)報(bào)告姓名：鄭中權(quán)學(xué)號(hào):152210303127班級(jí)：電子1班江蘇科技大學(xué)2017/10/12100MHz等精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)（基于VerilogHDL）、設(shè)計(jì)要求：提供一個(gè)幅值為10mV1V，頻率為1100MHz的正弦信號(hào)，需測(cè)試以下指標(biāo)：1. 頻率：測(cè)頻范圍1Hz100MHz,測(cè)頻精度為測(cè)頻全域內(nèi)相對(duì)誤差恒為百萬分之一。占空比：測(cè)試精度1%99%相位差：測(cè)試兩個(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差，測(cè)試范圍0360二、設(shè)計(jì)分析使用FPGA數(shù)字信號(hào)處理方法，首先需要將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成可讀取的數(shù)字方波信號(hào)，再經(jīng)過FPGA設(shè)計(jì)計(jì)算得出所需測(cè)量值。三、模電部分首先選擇比較器，對(duì)于100MHz信號(hào)，比較器靈敏度

2、需要達(dá)到5ns內(nèi)，TI公司的LTV3501靈敏度為4.5ns,符合要求««nihaiViM20mVpp00FigureRmporfIo50-MHzSin*Wa-v«*D-5«o34tfianj-i4我issoTimeFigure1。Retpwiwtoiqo-uhesinewave(tz.s-viDuaiSupplymm54J-C1OecINoscopfliInput)由TLV3501數(shù)據(jù)手冊(cè)得知：當(dāng)頻率低于50MHz的時(shí)候，正弦波的峰峰值需大于20mV,頻率高于50MHz時(shí)，峰峰值需大于1V。然后需要選擇放大器，當(dāng)正弦波幅值為10mV時(shí)，放大倍數(shù)需大于3

3、5。方法通過二級(jí)放大，一級(jí)用OPA847放大20倍，二級(jí)用OPA675放大8倍，得到總放大倍數(shù)160的正弦波。0和1。經(jīng)轉(zhuǎn)換后的輸出電壓符合TTL電平要求，可以被識(shí)別出四、數(shù)電部分開發(fā)板：CycloneIVE:EP4CE6E22C8板載時(shí)鐘為50MHz，帶4個(gè)按鍵和一個(gè)復(fù)位鍵（按鍵按下為0,抬起為1）,四個(gè)七段數(shù)碼管（共陽），F(xiàn)PGA的引腳可由杜邦線引出。設(shè)計(jì)思路：測(cè)量頻率：輸入一個(gè)100MHz的基準(zhǔn)頻率，由計(jì)數(shù)器CNT1來計(jì)算基準(zhǔn)頻率的上升沿個(gè)數(shù)，即周期數(shù)。輸入一個(gè)被測(cè)信號(hào)，它由計(jì)數(shù)器CNT2來測(cè)量周期數(shù)。兩個(gè)信號(hào)在同一個(gè)使能信號(hào)EN（使能信號(hào)時(shí)間為12s）下開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完后，存儲(chǔ)計(jì)數(shù)結(jié)果

4、，由（CNT1*10）可以算出具體的計(jì)數(shù)時(shí)間（單位ns）,再由（CNT1*10ns）/CNT2）*10A9可算得被測(cè)信號(hào)頻率，單位Hz。測(cè)量占空比：同樣由CNT1測(cè)量基準(zhǔn)信號(hào)100MHz的周期數(shù)，使能信號(hào)還是EN。CNT3測(cè)量的也是100MHz，但是它的使能信號(hào)是在EN使能時(shí)，有被測(cè)信號(hào)時(shí)且被測(cè)信號(hào)為高電平時(shí)計(jì)數(shù)，測(cè)得的是被測(cè)信號(hào)高電平中100MHz周期數(shù)的個(gè)數(shù)，即在一段時(shí)間內(nèi)，高電平的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)占總計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)的比例。所以占空比計(jì)算公式為CNT3/CNT1*100。測(cè)量相位差：CNT3同前。CNT4測(cè)量的也是100MHz，但它的使能信號(hào)為當(dāng)被測(cè)信號(hào)1為高電平，被測(cè)信號(hào)2為低電平。即被測(cè)信號(hào)1超前被

5、測(cè)信號(hào)2的部分計(jì)數(shù)。用CNT4/CNT3*180即被測(cè)信號(hào)1和被測(cè)信號(hào)2的相位差，但有一個(gè)限制，就是被測(cè)信號(hào)1和被測(cè)信號(hào)2的占空比都為50%。所心H11H1<HlI叩/"CT)【1*現(xiàn)稅:CNMfx"lIII削"原理圖:原理圖仿真:頻率:占空比:相位差:mySZQLJ.bdftest.bdfKEY*DFFLvPL.vLPM_PLL,vcojter32.vprocess.vMUX.vSMG.VTEST.gfmySZQLJ:下載用的頂層文件test:仿真用的頂層文件KEY:按鍵模塊，用于按鍵消抖DFF1:D觸發(fā)器，用于等待被測(cè)信號(hào)上升沿PL:用于產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)LP

6、M_PLL:用LPM生成的鎖相環(huán)，用于倍頻couter32:32位計(jì)數(shù)器process:用于選擇數(shù)據(jù)輸出及數(shù)據(jù)計(jì)算MUX:4選1選擇器，選擇輸出計(jì)數(shù)器的值SMG:驅(qū)動(dòng)4個(gè)7段數(shù)碼管mySZPLJ頂層文件KEY模塊加入按鍵模塊是為了防止按鍵抖動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TOGGLE，即按一下開始計(jì)數(shù)，再按一下計(jì)數(shù)結(jié)束。IflAs匚55fl.X5DKHFHtMfJKCY(CUCPne；LF4FET,SR；QinueCLKrKE¥PnCLR;自duepue找丫10vir«跚:11reqIrsyHn=；1213jbhVsSpniffdgsCLKCtri»geidg!e,M日beginif

7、(nCLEiOfi±eyrst<-C;k:yoE<-K£¥jItcod20u1ze-<ic-lb_xa*L_z;122J9(ps-ffcCXKqcncff%-jQ!¥24E3fc=-aiaasjl£nCLR-0>2«J£*y_£i-t_£<*I)；27«L3iC2E!keyrstx<Icev二Sendso31vix4=M«y_xst_£tC*X®732S3-ieq(13:.)chl;幼Jg«CLE«£

8、ngelq秋5«FteaiR37if(nCLR=Of3Hcoc<sDj35b«l»eiritein)4<3CDC<=；4i«lse42&&&<-tint+1j«ndA445re-sltey_aliie;4«妙6Korm紋睥cteginItnCLU=Df50j¥_#alue：<=uj51«ihiricrnL"D'tirrfrrjKeTalflcLEm53end.54Lrea丘5帝S7aIvaya；0-CZLKcrn*ge興Eegin&if

9、(nELRSOMy.ElU二5F<-o；1elseKBy_-raliae_T<*Kev_7al,£*«2endL£5Ttfireteycz,!ineyTalizeh£.(砧finmgriil?elvaysg-edge-CLRaxrxegsd7C日keqan.71i£(fit：LRWT3曰b&gin73dl1.;74enzi?SE19C7C曰bv-gia77if(tcyctcl)dl<FL:7£-cadendSO駐4332QZ；四dl?DE52:Fr.ZLJ；-h£LB)ntLli“將上一時(shí)到的撈禎坦

10、行有IIX10J。當(dāng)善通川。別二時(shí)職匚皿點(diǎn)索/WJli+ita，:恒&怕.且七=7峰/#14烽只呈為了待HP崎出海訐神樣f/kEP與下面注U代.朝堯嵯91DFF1模塊DFF1模塊可以讓使能信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)等同上升沿，提高精準(zhǔn)度。Met神3/D輸入瀕TCLK折則信號(hào)5r胃nCIR導(dǎo)換等率-信電平we5EH7f數(shù)袂畦710mpucCLUfkCLRj11ouxputEU;12R尊w；1-Ualwaya®(toedjeCLKorziejedae15日tseglii16rt(ACLR=L17b?amEN3ed1&elseif(B1)19bfigmE¥<s

11、Ijr濕20elseifID"11*"beginENG;cn.d二-：a2sa24endimcclulE,25ncdultDFF1(C1K,D.nCLR,E!fHizCLHJPL模塊PL模塊輸入100MHz信號(hào)，通過程序轉(zhuǎn)換，輸出用于測(cè)試用的各個(gè)信號(hào)OpeOKB0理OKIOK280BOeitQK>0025QM0X006ZMU8S.UufAWUS10.24UB12.1«£15.XU817.929ba，2/知入：CLKlOCMHz3/新出：CLK1UjitlHZ1fCLK2*i±lKHz5CLK3勃出2MHz占冬比為40%67/CLK4勃出1

12、KMZ與CLK2相位姜36。iszduleFL(CLKfCLK1rC1K2rCLK3rCLK4J;9inputCLK；10outputCLK1.CLK2,CLK3,CLK4;11wireCLKlrCLR2,CLK3,CLK4;12reg31:0t«sprcerps,1314always®(posedgeCLK>生EECLKl15ggxn16Ltizzirvl99_999*99)17begintempi<-0;end18else19bccinteicpl<-teoplt1;end20Lend21assignCLK1=(xeirpl<SOQOOODQ)7

13、0:1;2223(FosedeCLK)/生5ECLK224E3»egm2Sxt(tezx>2=99.999)26begintcirp2<0;end21else28beamtarcp2<wtc»®21;cal29Lend30assignCLK2=(reirpi<SOCOOJ?0:二;|3132always®(posedseCLK)/生成CLK333(3begin34it(tesp399)35begintcirp3<0;end3637begincercp3<-texnp31;end38Lend39assignC1K3=(t

14、eitp3<0)?0:1;4041alwaysfi(posedseCLK)生成CLR442Qbegin43if(texp99_999)begin<-0;end45©6beamBJtp。<=tejcp+1;end<7end4SassignCLK4=(r.evp4>=13_0Q0&&tenp4<*s*r*)?04950endrcduleiiiiiiiiniiiirniiimuiniiiiniiuniiiimiiiimivniiiminiiiniiiirniunniimiiinniirmiiHnurniiiimuiminmjLPM_PLL

15、模塊100MHz基由于板載晶振50M，達(dá)不到100MHz要求，加入LPM_PLL模塊為了倍頻，得到所需要的準(zhǔn)信號(hào)。couter32模塊計(jì)數(shù)器，采用32位，因?yàn)?A32>100M.2/*%A:etKV君日袒3/,*計(jì)混囂4/-nCLR異步云季，詆的耳者寺5/*餐出；DC：1jT輕出奸者穿妄578*ft*ftft*ft*fr*mzciileccuceriiiCU<rEH,nCLKHDOL_.；InpklECZKtB7LnCLR;DCUILsO;121.314IS1V17331920?1gimojDOEalways0ipoaedge二LKczzezedLenCLKbtffinif(n.C

16、LRrC)i»gxnDOUT?endcleixfOT1)t?*ginDC'UT-DCUT+1】endendk'aLeat工boxnsi*a.aJaagrs郴qrflQw心g*i頃i話/zasre日kRf際9EODr%P14R111V11QK«0-rLrLrtrLrLrLrLrLrLm-Lm-LnLrLrLrLTLr-rL-LnTla雖Bl>nCLRIt:.一.canUt3<pCj7TXTriX0%'XfWVXWkg*'爵”process模塊僅用于仿真使用。process模塊軟件轉(zhuǎn)換，由于計(jì)算結(jié)果會(huì)溢出，這里下載到板子的程序并不包含

17、這個(gè),1取:fl/埋w"m#n,a/*SjArGH村23匕"如串3E以計(jì)就器二計(jì)fll培甲1/*G計(jì)靴器3計(jì)靠折來5/-G計(jì)爭由4補(bǔ)都編果u/*SEX迭霹和出的結(jié)柔,f/*疝率槌1危日不出）|s/*占空山猿下m/-也位差<kj45T）10/*勃出！DATA處理后Hi±累12E4CdUlIfXOeS口、Q2f23fQ1p云LwDSTJif；131馬input31;0QlrQ2,QSr(M；15Lnpuc3E1;16O-a*pu*DATA3：C1Jf如reg31:0DATA;IS31soPLrzraxwc1920alwa-®|SEH21曰case(5E

18、L|i223sHATA<=PL?231:皿Hb理；242zDATAC*XKC;壬Sdez&uli:DATJk<o；2endcac37E8*92砰FL-(IQ?8,OJG*q引/QI；“計(jì)算質(zhì)豐，單叵ItT29WC1CTXSHE-m*LCG>/俱；“井其占空比弄<格式：KXKK為XK.M圮SOc=±r.3TWC-(16=*5/g；/ll-SCJgte差竺位Hh3132ex:»:aul.e33MUX模塊4選1模塊，選擇要輸出的結(jié)果127*；Qi牯散E，l姑電甲3/*B計(jì)敦器二計(jì)都瑞果/*Q3k靠弄3計(jì)劫蚯果5/-伊A敦由4計(jì)茵編甲£/*

19、5EL適驛制出/禁賣，7補(bǔ)鴕囂：絕果LK1,K2不格S/，丸網(wǎng)：咯果K1J.TT>9/*許如囂M渚雨排下）10/*歌器4法果【M2.,密卸推下）31/*5出：P£T1阡理后研牡牛二衛(wèi)13iraulcHTK(Q1,mgQir£EL,DMA"14只Lnpueji!_0g如的-nut:;)SEL;17outputMTS-fnOJIr1Snegr31SQJeaw1950£L1KQY$iSELJ.1日caj;e223.：DATALQI5331:sEkATt21IUTA<=啊0;ugb2;de-zaiz11zDS.TZ<-fl-27>3-0e

20、ndcaeKDeridEdule目。1SMG模塊驅(qū)動(dòng)4個(gè)7段數(shù)碼管。/*時(shí)：cur蜜h野？MlSDM31F/*SEL宜擇丑示耳匝氐匣/*Z>IZ<輸上要顯苛的敦.席/*幡出1LED蜀也到握植咱/*"Tg的程己化竹丘itiduleSMi&CLMP3ELPL£OPTUM);xnput(31：iCJ皿N;iputcmSESc-itputL:LJLEDck舊uuijIcituhu；AC*reg'j30JCAtariEgL£Dz1;D"mxg1=5；NR；alwiyS(poseiji；CL±t)Qtegi-DWigSB5Q_0

21、0D>teglrcenp=0;ACLK=:er(3elaefcejlKtenp-tenp*jRXK"=;er.dendalwayeg(poeslje?lC1K)Sbeginif(xm3>ff?grrcm5o；Mdr-e'jii:cm*rn+eraend£ju-.y.(-r-rr:EE3S(tzn)一ITURK-4VHOLllr1STURK444H1011rJ;T3RK<'Bl：f3iT：mKS4'EILLG?det-ault!TJEIN<*41*Jll11j.，用亍控宜IE個(gè)故磚笆g*biilwsv-SISEL,ZXELj1

22、j£白&i«da-t-a:Xsta.2 :=lata.A_-d-Dt23211rr"h-fefcIMrvL-73i9-«f-I.1<'ISM;EDE口B.t_Hk<<<<sEdcise，柱譴珀垠，丑示催位4gDgaI.ED=|，巾-_)£'fclflOJl；LED=g"EkEQgeimm。:L£口gibdnn-LED一F1!LSDRa«acnjzi筆!bCllDl:UEE,FU;*!bd11:HI：BpEkBZJ41IBCIII:L£Drtif.41blDOOjLEDFfl-i1tilDOI:一丁r；-«4"=J*'1101:HI：KF旺J41hlDil三注t一eb二4>1100：LED一忙產(chǎn)，:*1bl101:ED'm.4'blllOi-LED，h.3t;*'tallllLEE°"bifte：no-g11aiwiyeS(dau>