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EDA论文
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书
专业班级：
学生姓名：
指导教师（签名）：
一、课程设计（论文）题目
数字频率计的设计
二、本次课程设计（论文）应达到的目的
通过课程设计使学生能熟练掌握一种EDA软件（MAXPLUS2）的使用方法，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程。
通过课程设计使学生能利用EDA软件（MAXPLUS2）进行至少一个电子技术综合问题的设计（内容可由老师指定或自由选择），设计输入可采用图形输入法或VHDL硬件描述语言输入法。
通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力，培养学生的自我能力和独立分析、解决问题的能力。
包括：
查阅参考资料、工具书，掌握数字系统仿真调试的一般规律。
通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。
三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）
设计一个能测量方波信号的频率的频率计。
测量的频率范围是0~999999Hz。
结果用十进制数显示。
四、应收集的资料及主要参考文献：
1、赵曙光等编著可编程逻辑器件原理、开发与应用西安：
西安电子科技大学出版社，2000
2、IC设计基础.任艳颖，王彬编著.西安：
西安电子科技大学出版社.2003
3、FPGA设计及应用.褚振勇，翁木云编著.西安：
西安电子科技大学出版社，2002
4、数字系统设计和HDL相关书籍和资料
五、审核批准意见
教研室主任（签字）
数字频率计的设计
摘要
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量器。
频率计最基本的工作原理为：
当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
本文采用计算机软件MAX-PLUS2进行频率计的设计，测量信号在1s时间的周期数来得到信号的频率。
本文所设计的频率计设计思路简单，可操作性强，具有很好的实际意义。
关键字：
EDA、频率计、信号、仿真
目录
1引言3
2设计思路4
3设计分析5
3．1测频信号发生器5
3.2计数器5
3.3数码管显示5
4各模块的程序及电路图5
4．1分频器模块5
4.2计数器模块6
4.3七段数码管显示模块8
5各模块的仿真图9
5．1分频器模块9
5.2计数器模块9
5．3七段数码管显示模块10
6总结10
7心得体会10
8参考文献12
1引言
EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件语言为系统逻辑描述的主要方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件设计的电子系统到硬件系统的设计,最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，其设计的灵活性使得EDA技术得以快速发展和广泛应用。
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。
随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。
本文以Max+PlusⅡ软件为设计平台，运用VHDL语言实现数字频率计的整体设计。
2设计思路
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。
测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。
所谓频率，就是周期性信号在单位时间内的变化次数。
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,即闸门时间为1s。
闸门时间可以根据需要取值,大于或小于1s都可以。
闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸门时间越长,则每测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短,测得的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。
本文采用1s作为闸门时间，即用计数器在计算1s内输入信号周期的个数，其测频范围为0Hz~999999Hz。
本数字频率计的关键组成部分包括测频控制信号发生器、计数器、锁存器、译码驱动电路和显示电路,其原理框图如图1所示：
图1数字频率计原理框图
3设计分析
3．1测频信号发生器
测频控制信号发生器产生测量频率的控制时序,是设计频率计的关键。
这里控制信号clk取为1000Hz,分频后要得到一个脉宽为1s的时钟信号q,用来作为计数闸门信号。
当q为高电平时开始计数;在q的下降沿时停止计数，并且产生清零信号clear,为下次计数做准备。
clear信号是低电频有效。
3.2计数器
本文所设计的频率计的频率范围是0Hz~999999H，因此计数器采用6个十进制计数器的级联来进行计数。
3.3数码管显示
显示部分采用七段数码管电路来显示。
七段数码管是指由七段LED显示条组成的数码管，可以通过控制每一段LED的亮灭来显示0-9是个数字。
4各模块的程序及电路图
4．1分频器模块
分频器模块的程序如下所示：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entityfenis
port（clk:
instd_logic;
q:
outstd_logic）;
endfen;
architecturefen_arcoffenis
begin
process（clk）
variablecnt:
integerrange999downto0;
variablex:
std_logic;
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifcnt<999then
cnt:
=cnt+1;
else
cnt:
=0;
x:
=notx;
endif;
endif;
q<=x;
endprocess;
endfen_arc;
4.2计数器模块
本文采用74160作为十进制计数器。
74160是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。
计数器模块的电路连接图如图2所示：
图2计数器模块电路连接图
4.3七段数码管显示模块
七段数码管显示模块的程序如下所示：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityshumais
port（m:
instd_logic_vector（3downto0）;
n:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6downto0））;
endshuma;
architecturexianshiofshumais
begin
process（m）
begin
casemis
when"0000"=>n<="0111111";
when"0001"=>n<="0000110";
when"0010"=>n<="1011011";
when"0011"=>n<="1001111";
when"0100"=>n<="1100110";
when"0101"=>n<="1101101";
when"0110"=>n<="1111101";
when"0111"=>n<="0000111";
when"1000"=>n<="1111111";
whenothers=>n<="0000000";
endcase;
endprocess;
endxianshi;
5各模块的仿真图
5．1分频器模块
分频器模块的仿真图如图3所示
图3分频器模块仿真图
5.2计数器模块
令待测信号fsin为周期是20.0us的方波信号，控制信号clk的脉冲宽度为1s。
分别用gw、sw、bw、qw、ww和sww来表示计数结果的个位、十位、百位、千位、万位和十万位。
计数器模块的仿真图如图4所示：
图4计数器模块仿真图
5．3七段数码管显示模块
七段数码管显示模块的仿真图如图5所示：
图3七段数码管模块仿真图
6总结
本频率计步器思路简单，可操作性强，有一定是的使用性。
但任然存在一些问题：
本文设计的数字频率计采用的测量周期为1s，因此测量结果的精度有限。
，若待测信号某个周期的上升沿略在控制信号上升沿之前，则计数器不会对此周期计数；若待测信号某个周期的上升沿略在控制信号下升沿之前，则计数器会对此周期计数，因此对测量结果造成了一定的误差。
7心得体会
本次的课程设计我个人觉得是很有意义的。
老师给题目很有代表性，而且实用性很强。
这次课程设计虽然只有短短的一周时间，但是学到的东西却很多，它把我这期所学的知识系统的规划起来并用于实践的操作，这也是对理论知识深刻认识的最重要一步，让我受益匪浅。
现在就这次的课程设计做如下几点总结：
一、拿到一个题目，知道如何去分析它，建立设计思想，可以通过系统划分，设计输入、逻辑设计综合，最后进行编译仿真。
二、VHDL语言的设计。
作为一种标准的硬件描述语言，VHDL的优势只要体现在：
功能与灵活性，不依赖于器件的设计，可移植性等等。
通过这次的课程设计，我觉得VHDL更加简捷易懂。
三、主要说下在调试过程中出现的问题。
在调试中出现的问题大多可能是程序没能完成设计要求，但是这次的设计让我深切感受到问题可能出在你觉察不到的步骤上。
我这次就是出现了这个问题，写完程序，编译后发现没有问题，但是进行仿真后总是得不到想要的结果。
这次课程设计让我也悟出了一个道理：
细节决定成功。
也谢谢老师这几天的细心指导，让我顺利完成了课程设计。
8参考文献
（1）康华光.电子技术基础：
模拟部分.第四版.北京：
高等教育出版社.2000
（2）阎石数字电子技术基础：
第四版.北京：
高等教育出版社.1997
（3）潘松黄继业.EDA技术使用教程:
第三版.北京:
科学出版社2010
（4）东方人华王建坤.MAX+PLUS2入门与提高.北京:
清华大学出版社.2004
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