数控分频器的设计

目录一、设计任务与要求 (3)二、总体框图 (3)三、选择器件 (4)四、功能 (5)1、数控分频器 (5)2、BCD译码器 (6)3、扫描器 (11)4、3-8译码器 (13)5、7段数码管显示译码器 (16)五、总体设计电路图 (19)1总体（顶层）电路原理图 (19)2仿真结果 (19)3管脚分配图 (20)4.硬件连接情况 (20)六．心得体会 (20)数控分频器设计一、设计任务与要求数控分频器的功能就是当输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，以实现所需的输出频率。

基本功能：1、实现8位分频器，依据输入的8位2进制数的不同，有不同的分频比。

如输入10010000，即对输入的时钟信号进行144分频，如输入01001000，即对输入的时钟信号进行72 分频。

2、输出的波形应为占空比位50%的方波。

3、有显示功能，显示当前的分频比，即，输入的二进制数的大小。

总体框图设计思路：数控分频器用计数值可并行预置的加法器设计完成，当在输入端给定不同输入数据时将对输入的时钟信号有不同的分频比。

把输入端输入的八位二进制数直接通过BCD译码器转换为十位BCD码表示的十进制数，通过扫描器对3个数码管进行选通扫描，最后7段数码管显示译码器对选中数码管的赋值进行译码，并驱动数码管显示该数据。

模块的功能：1、数控分频器：实现8位分频器，依据输入的8位2进制数的不同，有不同的分频比。

如输入10010000，即对输入的时钟信号进行144分频。

2、BCD译码器：把输入端的8位2进制数转换成10位BCD码表示的十进制数。

3、扫描器：when “000”=>daout<=dout(3 downto 0);when “001”=>daout<=dout(7 downto 4);when “010”=>daout<=dout(3 downto 2)<="00";daout(1 downto 0)<=dout(9 downto 8);when others=>null;4、3-8译码器：当sel=0时，q=11111110;选择个位数码管亮。

实验六数控分频器的VHDL设计实验目的：学习数控分频器的设计、分析和测试方法。

实验项目分析设计:数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比。

其原理是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可。

实验内容1：用VHDL语言设计一个8位数控分频器。

要求：在QuartusⅡ上进行编辑、编译、综合、适配、仿真，给出其所有信号的时序仿真波形。

引脚锁定以及硬件下载测试，选择目标器件EP1C3，建议选实验电路模式No.0。

用键1、键2作为置数数据D的输入端，CLK接clock0，FOUT接至扬声器Speaker。

（时序仿真时CLK周期设5ns~10ns，D分别设33H, FEH）所编写的源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DVF ISPORT( CLK : IN STD_lOGIC;D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT : OUT STD_LOGIC);END ENTITY DVF;ARCHITECTURE ONE OF DVF ISSIGNAL FULL: STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENIF CNT8="11111111" THENCNT8:=D;FULL<='1';ELSE CNT8:=CNT8+1;FULL<='0';END IF;END IF;END PROCESS P_REG;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2: STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL='1' THENCNT2:= NOT CNT2;IF CNT2='1' THEN FOUT<='1';ELSE FOUT<='0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV;END ARCHITECTURE ONE;仿真波形如下所示：经过硬件测试后，输入与输出满足题目要求和仿真结果。

基于CPLD的数控分频器设计本文档介绍了基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的数控分频器设计。

数控分频器是一种用于生成可调节频率输出信号的电路，常用于数字信号处理、通信系统等领域。

引言数控分频器是一种重要的电子器件，用于产生可调节频率的输出信号。

传统的分频器通常采用模拟电路实现，但其频率调节范围有限，且调节不灵活。

而基于CPLD的数控分频器可以通过灵活的编程方式实现频率的精确调节，具有较大的优势。

设计方案系统框图设计方案基于CPLD芯片，可以实现输入信号的分频功能。

主要包括以下部分：1. 输入接口：用于接收输入信号，通常为时钟信号或频率信号。

2. 数据选择器：根据输入的选择信号，选择要实现的分频倍数。

3. 计数器：根据选择的分频倍数，对输入信号进行计数，生成分频后的输出信号。

4. 输出接口：将分频后的输出信号输出给外部设备或电路。

设计步骤1. 确定需要实现的分频范围和分辨率。

2. 根据分频范围和分辨率，选择合适的CPLD芯片，参考其技术手册了解其使用方法和特性。

3. 根据系统框图，设计电路连接和信号调节方式。

4. 编写CPLD的逻辑设计代码，实现输入信号的分频功能。

6. 根据实际需求进行调试和优化，确保分频器的性能和稳定性。

7. 完成设计文档和测试报告。

总结基于CPLD的数控分频器设计具有灵活性和可调节性的优势，可以满足不同应用场景的需求。

通过合理的设计和调试，可以实现稳定可靠的分频功能。

本文档介绍了设计方案和步骤，并提供了系统框图和相应的设计示例。

请注意，本文档仅为设计参考，实际设计过程中应考虑具体系统需求和CPLD芯片的特性。

实验六数控分频器设计一．实验目的1．设计实现一个根据不同的输入，将时钟信号进行分频2．掌握分频计数器类型模块的Verilog描述方法；3．学习设计仿真工具的使用方法；4．学习层次化设计方法；二．实验环境1.硬件环境：MagicSOPC实验箱,P4电脑；2.软件环境：QuartusⅡ软件一套。

三．实验内容1．用Verilog 语言设计带计数允许和复位输入的数控分频器。

2．编制仿真测试文件，并进行功能仿真。

3．下载并验证分频器功能四．实验原理分频就是根据输入的数字，对一段时钟周期进行分频，通过分频可以更清楚地看到输入与输出之间的关系，从而了解程序。

当用户设置好输入变量时，输出也就随之的改变。

五．实验步骤源程序：module dvf2(clk,d,fout,pfull);input clk;input[7:0]d;output fout,pfull;reg[7:0]cnt;reg pfull;reg fout;always @(posedge clk )beginif(cnt==d)begin cnt=8'd0;pfull =1;endelsebegin cnt=cnt+1;pfull=0;endendalways@(posedge pfull)fout=~fout;Endmodule1)RTL原理图2)仿真按管脚分配图分配管脚。

安装好实验箱驱动后点击图中start开始运行（图中没有安装驱动）。

六．实验心得体会本次实验初步了解了实验箱的构造，学会了实验箱与软件的连接方法，了解了软件下载到试验箱芯片上的基本流程，通过和老师的学习，同学的交流完成了本次实验。

EDA设计课程实验报告实验题目：数控分频器设计学院名称：专业：班级：姓名：高胜学号小组成员：指导教师：一、实验目的学习数控分频器的设计、分析和测试方法。

二、设计任务及要求1、设计总体要求：在SmartSOPC试验箱上的实现数控分频器的设计。

在clk输入64kHz或更高（要确保分频后落在音频范围）的频率信号（由int_div模块分频得到）；输出FOUT接蜂鸣器BUZZ-ER,由KEY1/KEY2控制输入8位预置数，并在数码管1~2上显示（调用key_led模块）。

2、设计基本要求：（1）能将频率分频。

（2）进行正常的蜂鸣器的蜂鸣功能。

（3）由2个数码管显示预置数。

三、系统设计1、整体设计方案数控分频器的输出信号频率为输入数据的函数。

数控分频器的clk为时钟输入端，data是数据输入端，fout是数控频率输出端。

数控分频器的输出频率受数据data的控制，data越大，输出频率越高。

数控分频器就是用计数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可。

数控分频器是由数码管显示电路、按键控制电路、脉冲发生电路这3个基本电路组成。

数控分频器的系统框图（见图1）：图1 数控分频器的系统框图2、功能模块电路设计48MHz的脉冲经过分频器分成64KHz，然后输入带数控分频电路当中，按键控制分频电路中的频率变化，数码管显示预置数，蜂鸣器响起。

（1）输入输出模块框图（见图2）图2 数控分频器的输入输出模块框图（2）算法流程图（见图3）图3数控分频器的算法流程图（3）Verilog源代码按键控制电路代码：module key_led(clock,key,led,hex,bin,seg,dig,ledin,data);input clock; //系统时钟(48MHz)input[7:0] key; //按键输入(KEY1~KEY8)output[7:0] led; //LED输出(LED1~LED8)output[15:0]hex; //4位16进制数输出（在数码管1~4显示）output[3:0]bin; //4位2进制数输出（在LED1~LED4显示）output[7:0]seg; //数码管段码输出output[7:0]dig; //数码管位码输出input[3:0]ledin; //LED显示输入（在LED5~LED8显示）input[15:0]data; //数码管显示输出（在数码管5~8显示）reg[15:0]hex_r;reg[3:0]bin_r;reg[7:0]seg_r;reg[7:0]dig_r;reg[16:0]count; //时钟分频计数器reg[7:0]dout1,dout2,dout3,buff; //消抖寄存器reg[2:0]cnt3; //数码管扫描计数器reg[3:0]disp_dat; //数码管扫描显存reg div_clk; //分频时钟,用于消抖和扫描wire[7:0]key_edge; //按键消抖输出//信号输出assign hex = hex_r;assign bin = bin_r;assign seg = seg_r;assign dig = dig_r;assign led = ~{ledin,bin_r};//时钟分频部分always @(posedge clock)beginif (count < 17'd120000)begincount <= count + 1'b1;div_clk <= 1'b0;endelsecount <= 17'd0;div_clk <= 1'b1;endend//按键消抖部分always @(posedge clock)beginif(div_clk)begindout1 <= key;dout2 <= dout1;dout3 <= dout2;endend//按键边沿检测部分always @(posedge clock)beginbuff <= dout1 | dout2 | dout3;endassign key_edge = ~(dout1 | dout2 | dout3) & buff;//4位16进制数输出部分always @(posedge clock) //按键1 beginif(key_edge[0])hex_r[15:12] <= hex_r[15:12] + 1'b1;endalways @(posedge clock) //按键2 beginif(key_edge[1])hex_r[11:8] <= hex_r[11:8] + 1'b1;always @(posedge clock) //按键3 beginif(key_edge[2])hex_r[7:4] <= hex_r[7:4] + 1'b1;endalways @(posedge clock) //按键4 beginif(key_edge[3])hex_r[3:0] <= hex_r[3:0] + 1'b1;end//4位2进制数输出部分always @(posedge clock) //按键5 beginif(key_edge[4])bin_r[0] <= ~bin_r[0];endalways @(posedge clock) //按键6 beginif(key_edge[5])bin_r[1] <= ~bin_r[1];endalways @(posedge clock) //按键7 beginif(key_edge[6])bin_r[2] <= ~bin_r[2];endalways @(posedge clock) //按键8 beginif(key_edge[7])bin_r[3] <= ~bin_r[3];//数码管扫描显示部分always @(posedge clock) //定义上升沿触发进程beginif(div_clk)cnt3 <= cnt3 + 1'b1;endalways @(posedge clock)beginif(div_clk)begincase(cnt3) //选择扫描显示数据3'd0:disp_dat = hex_r[15:12]; //第一个数码管3'd1:disp_dat = hex_r[11:8]; //第二个数码管3'd2:disp_dat = hex_r[7:4]; //第三个数码管3'd3:disp_dat = hex_r[3:0]; //第四个数码管3'd4:disp_dat = data[15:12]; //第五个数码管3'd5:disp_dat = data[11:8]; //第六个数码管3'd6:disp_dat = data[7:4]; //第七个数码管3'd7:disp_dat = data[3:0]; //第八个数码管endcasecase(cnt3) //选择数码管显示位3'd0:dig_r = 8'b01111111; //选择第一个数码管显示3'd1:dig_r = 8'b10111111; //选择第二个数码管显示3'd2:dig_r = 8'b11011111; //选择第三个数码管显示3'd3:dig_r = 8'b11101111; //选择第四个数码管显示3'd4:dig_r = 8'b11110111; //选择第五个数码管显示3'd5:dig_r = 8'b11111011; //选择第六个数码管显示3'd6:dig_r = 8'b11111101; //选择第七个数码管显示3'd7:dig_r = 8'b11111110; //选择第八个数码管显示endcaseendalways @(disp_dat)begincase(disp_dat) //七段译码4'h0:seg_r = 8'hc0; //显示04'h1:seg_r = 8'hf9; //显示14'h2:seg_r = 8'ha4; //显示24'h3:seg_r = 8'hb0; //显示34'h4:seg_r = 8'h99; //显示44'h5:seg_r = 8'h92; //显示54'h6:seg_r = 8'h82; //显示64'h7:seg_r = 8'hf8; //显示74'h8:seg_r = 8'h80; //显示84'h9:seg_r = 8'h90; //显示94'ha:seg_r = 8'h88; //显示a4'hb:seg_r = 8'h83; //显示b4'hc:seg_r = 8'hc6; //显示c4'hd:seg_r = 8'ha1; //显示d4'he:seg_r = 8'h86; //显示e4'hf:seg_r = 8'h8e; //显示f endcaseendendmodule数控分频电路代码：module pulse(clk,data,fout); //数控分频器 input clk; //时钟输入 input[7:0]data; //预置分频数reg fout_r; //输出寄存器reg[7:0] cnt8; //8位计数器reg full; //溢出标志位reg cnt2;assign fout = fout_r; //分频输出always @(posedge clk)beginif(cnt8 == 8'hff)begincnt8 <= data; //当cnt8计数计满时，输入数据Data被同步预置给计数器Cnt8 full <= 1'b1; //同时使溢出标志信号full输出为高电平endelsebegincnt8 <= cnt8 + 1'b1;//否则继续作加1计数full <= 1'b0; //且输出溢出标志信号full为低电平endendalways @(posedge full)beginif(full == 1'b1)begincnt2 = ~cnt2; //如果溢出标志信号full为高电平，D触发器输出取反if(cnt2 == 1'b1)fout_r = 1'b1;elsefout_r = 1'b0;endendendmodule四、系统调试1、仿真调试（1）仿真波形图（见图4）图4 数控分频器仿真波形（2）波形分析由波形图可以知道实验成功。

实验6 数控分频器的设计(1)实验目的:学习数控分频器的设计、分析和测试方法。

(2)实验原理:数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，数控分频器就是用数值可并行预置的加法计数器设计完成的，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可，详细设计程序如例6-20所示。

【例6-20】8位数控分频器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DVF ISPORT(CLK : IN STD_LOGIC;D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT : OUT STD_LOGIC);END ENTITY DVF;ARCHITECTURE one OF DVF ISSIGNAL FULL : STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF CNT8 = "11111111" THENCNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL = '1' THENCNT2 := NOT CNT2;--如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反IF CNT2 = '1' THEN FOUT <= '1';ELSE FOUT <= '0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV;END ARCHITECTURE one;(3)分析:根据图6-21的波形提示，分析例6-20中的各语句功能、设计原理及逻辑功能，详述进程P_REG和P_DIV的作用，并画出该程序的RTL电路图。

实验五数控分频器的设计一、设计目的1、学习数控分频器的设计、分析、测试方法；2、牢固掌握用VHDL语言编写程序的方法和技巧。

二、设计要求1、编写数控分频器的VHDL源程序；2、在MAX+PLUSII上进行编译、综合、适配、引脚锁定、下载测试；3、输入不同的CLK和预置值进行仿真波形的测试；4、写出设计性实验报告。

三、设计提示1、实验原理提示：数控分频器的功能就是当在输入端给定不同输入数据时，将对输入的时钟信号有不同的分频比，可用计数值可并行预置的加法计数器设计完成，方法是将计数溢出位与预置数加载输入信号相接即可。

2、引脚锁定及下载测试提示：如果目标器件是EPF10K10，建议选实验电路模式1，键2 / 键1（PIO7-PIO0）负责输入8位预置数D；CLK由clock0输入，频率可选65536Hz或更高（确保分频后落在音频范围）；输出FOUT接扬声器（SPKER：PIN3）。

编译下载后进行硬件测试：改变键2 / 键1的输入值，可听到不同音调的声音。

四、实验报告要求根据以上的实验内容写出实验报告，包括程序设计、软件编译、仿真分析、硬件测试和详细实验过程；设计原程序，程序分析报告、仿真波形图及其项目分析。

五、实验思考和总结1、阐述程序设计中进程的作用。

2、对所完成的实验进行总结和分析。

3、写出完成时钟上升沿的语句。

4、5、程序清单：附：数控分频器的设计程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY PULSE ISPORT ( CLK : IN STD_LOGIC;D : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);FOUT : OUT STD_LOGIC );END;ARCHITECTURE one OF PULSE ISSIGNAL FULL : STD_LOGIC;BEGINP_REG: PROCESS(CLK)VARIABLE CNT8 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THENIF CNT8 = "11111111" THENCNT8 := D; --当CNT8计数计满时，输入数据D被同步预置给计数器CNT8 FULL <= '1'; --同时使溢出标志信号FULL输出为高电平ELSE CNT8 := CNT8 + 1; --否则继续作加1计数FULL <= '0'; --且输出溢出标志信号FULL为低电平END IF;END IF;END PROCESS P_REG ;P_DIV: PROCESS(FULL)VARIABLE CNT2 : STD_LOGIC;BEGINIF FULL'EVENT AND FULL = '1'THEN CNT2 := NOT CNT2;--如果溢出标志信号FULL为高电平，D触发器输出取反IF CNT2 = '1' THEN FOUT <= '1';ELSE FOUT <= '0';END IF;END IF;END PROCESS P_DIV ; END;。

1 引言计算机组成原理与设计是计算机通信与技术专业本科生的必修课程。

在完成理论学习和必要的实验后，本科学生掌握了它的基本原理和各种基本功能的应用，但对硬件实际应用设计和其完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。

计算机组成原理与设计的课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习硬件电路设计和用户程序设计，同时学习查阅资料、参考资料的方法。

计算机原理与设计的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试用户程序，来加深对该课程的认识和理解，充分发挥我们的个体创新能力。

1.1 设计的目的本次设计的目的就是了解并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想，通过学习的VHDL语言知识理论联系实际，掌握所学的课程知识，学习VHDL基本单元电路的综合设计应用。

通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试用户程序，来加深对该课程的认识和理解，充分发挥我们的个体创新能力。

通过课程设计深入理解VHDL语言的精髓，达到课程设计的目标。

1.2 需求分析这次课程设计的题目是实现基于CPLD的数控分频器及其应用。

设计乐曲程序能实现演奏电路，并用原理图方法设计数字时钟，使电路具有校时校分的功能与传统的纯硬件方法相比简单有效。

此设计可以适应多家可编程逻辑器件，便于组织大规模的系统设计;便于设计的复用继承和升级更新，具有广阔的应用前景。

1.3 设计的基本内容传统数字电路设计是利用标准集成电路、电路板来实现电路功能。

可编程逻辑器件和EDA技术使设计方法发生了质的变化。

把以前“电路设计+硬件搭试+调试焊接”转化为“功能设计+软件模拟+仿真下载”。

利用EDA开发平台，采用可编程逻辑器件CPLD/FPGA使硬件的功能可通过编程来实现，这种新的基于芯片的设计方法能够使设计者有更多机会充分发挥创造性思维，实现多种复杂数字逻辑系统的功能，将原来由电路板设计完成的工作放到芯片的设计中进行，减少了连线和体积，提高了集成度，降低了干扰，大大减轻了电路设计和PCB 设计的工作量和难度，增强了设计的灵活性，有效地提高了工作效率，MUSICFLOW增加了系统的可靠性和稳定性，提高了技术指标。