使用VHDL语言进行的100MHZ数字频率计的设计.doc

【VHDL语言100MHz数字频率计设计详解】 VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种用于电子设计自动化（EDA）的硬件描述语言，它被广泛应用于数字逻辑系统的建模和实现，包括FPGA（Field Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）设计。在这个设计中，我们将探讨如何使用VHDL来构建一个能够测量1Hz到100MHz范围内频率的数字频率计。 1. **设计概述** - **设计目标**： - 巩固和增强对EDA技术和数字电子技术的理解。 - 提升学生综合应用知识的能力，自学和解决问题的技能。 - 掌握FPGA器件的使用和Quartus II软件操作。 - 培养严谨的工作态度和工程观念。 2. **设计内容** - **系统架构**： - 频率计由8位输入（100MHz系统基准时钟CLK，被测信号Fx）和8位输出（BCD码计数结果DOUT）组成。 - 测量范围从1Hz到100MHz。 - 测得的频率直接通过LED显示。 - **工作原理**： - 使用TSTEN信号生成1秒脉宽的计数使能，同步控制计数器CNT10。 - 当TSTEN为高时，计数器计数，并在停止时由LOAD信号锁存计数值到32位锁存器REG32B中，由7段译码器译码并显示。 3. **设计模块** - **多频信号源模块**：产生1MHz及以下不同频率的信号。 - **测频控制模块**：产生计数使能信号TSTEN和锁存信号LOAD。 - **CNT计数模块**：接收被测信号，根据TSTEN进行计数。 - **32位锁存器模块**：存储计数器在1秒内的计数值。 - **频率显示模块**：将计数值转换为BCD码，驱动LED显示。 4. **实施步骤** - 在Quartus II中创建原理图，编译，仿真，锁定管脚并下载到FPGA。 - 编写每个模块的VHDL源代码，并进行上机调试。 - 创建测试文件进行系统仿真。 - 编写管脚锁定文件以适应硬件验证。 - 记录仿真结果，处理遇到的问题。 5. **设计成果** - 完成Quartus II中的原理图设计和仿真。 - 硬件验证，通过输入被测信号，观察数码管显示的频率值。 - 可选择扩展设计，如提高测量精度，以提升难度和评价。 6. **进度安排** - 第一天：学习关键理论，分配任务，确定设计要求，查找资料。 - 第二天：构思设计方案，绘制原理框图，讨论和定稿。 - 第三天：编写VHDL代码，进行编译和时序仿真。 - 第四天：编程、下载，硬件调试，修改顶层文件。 - 第五天：撰写设计报告，准备答辩。 这个设计项目不仅要求学生掌握VHDL语言，还强调了实际操作和问题解决能力的培养，通过设计和实现一个100MHz数字频率计，学生将深化对数字系统设计的理解，并具备实际工程项目的开发经验。