八位十进制数字频率计
一、设计任务
（1）熟悉Quatus 11软件的基本使用方法。
（2）熟悉EDA实验开发系统的使用方法。
（3）学习时序电路的设计、仿真和硬件设计，进一步熟悉VHDL设计技术。
（4）分析了8位十进制数字频率计的基本原理。
（5）对数字频率计的各个模块功能的分析，进行了功能仿真测试，得出仿真波形图。
二、方案选择与设计
数字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，通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。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，测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。
设计：
1）脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数,其表达式为,f为被测信号的频率,N为计数器所累积的脉冲个数,T为产生N个脉冲所需的时间。所以,在1秒时间内计数器所记录的结果,就是被测信号的频率。
2）被测频率信号取自实验箱晶体振荡器输出信号,加到主控室的输入端。
3）再取晶体振荡器的另一标准频率信号，经分频后产生各种时基脉冲：1ms，
10ms，0.1s，1s等，时基信号的选择可以控制，即量程可以改变。
4）时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内（时基信号的一个周期），输入信号才通过主控门。
5）f=N/T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。
6）当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果，此时控制电路输出一个置零信号，将计数器和所有触发器复位，为新一次采样做好准备。
系统总体框架图
8位十进制数字频率计的电路逻辑图
8位十进制数字频率计的电路逻辑图，它由一个测频控制信号发生器TESTCTL、8个有时钟使能的十进制计数器CNT10、一个32位锁存器REG32B [8]组成。以下分别叙述频率
计各逻辑模块的功能与设计方法。8位十进制数字频率计的电路逻辑如图4.18所示。
图4.1 8位十进制数字频率计的电路逻辑图
三软件设计与仿真
各功能模块的源程序及每个程序运行后的仿真波形：
测频控制信号发生器的功能模块及仿真
（1）测频控制信号发生器的功能模块如下图所示。
测频控制信号发生器的功能模块图
测频控制电路图（2）源程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY TESTCTL IS
PORT(CLK:IN STD_LOGIC;
TSTEN:OUT STD_LOGIC;
CLR_CNT:OUT STD_LOGIC;
LOAD:OUT STD_LOGIC);
END TESTCTL;
ARCHITECTURE ART OF TESTCTL IS
SIGNAL Div2CLK:STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS(CLK)
BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN
Div2CLK<=NOT Div2CLK;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS(CLK,Div2CLK)
BEGIN
IF CLK='0'AND Div2CLK='0'THEN
CLR_CNT<='0';
ELSE CLR_CNT<='1';
END IF;
END PROCESS;
LOAD<=NOT Div2CLK;
TSTEN<=Div2CLK;
END ART;
频率计的关键是设计一个测频率控制信号发生器，产生测量频率的控制时序。控制时钟
信号CLK取为1Hz，2分频后即可产生一个脉宽为1秒的时钟TSTEN，以此作为计数闸门信号。当TSTEN为高电平时，允许计数；当TSTEN由高电平变为低电平（下降沿到来）时，应产生一个锁存信号，将计数值保存起来；锁存数据后，还要在下次TSTEN上升沿到哦来之前产生零信号CLEAR，将计数器清零，为下次计数作准备，如下图所示为测频控制信号仿真图。
32位锁存器的功能模块及仿真
（1）32位锁存器的功能模块下图所示。
锁存器的功能模块图
锁存器电路图（2）源程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY REG32B IS
PORT (LOAD:IN STD_LOGIC;
DIN1:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN2:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN3:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN4:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN5:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN6:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN7:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DIN8:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT3:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); DOUT4:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT5:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT6:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT7:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT8:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));
END REG32B;
ARCHITECTURE ART OF REG32B IS
BEGIN
PROCESS(LOAD,DIN1,DIN2,DIN3,DIN4,DIN5,DIN6,DIN7,DIN8) BEGIN
IF(LOAD'EVENT AND LOAD='1')THEN
DOUT1<=DIN1;
DOUT2<=DIN2;
DOUT3<=DIN3;
DOUT4<=DIN4;
DOUT5<=DIN5;
DOUT6<=DIN6;
DOUT7<=DIN7;
DOUT8<=DIN8;
END IF;
END PROCESS;
END ART;
十进制计数器的功能模块及仿真
（1）十进制计数器的功能模块如下图所示:
十进制计数器的功能模块
计数器电路图
（2）源程序如下:
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity CNT10 IS
PORT(CLK,CLR,ENA:IN STD_LOGIC;
CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0 ); CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC);
END CNT10;
ARCHITECTURE behav OF CNT10 IS
BEGIN
PROCESS(CLK,CLR,ENA)
VARIABLE Q:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
IF CLR='0' THEN Q:=(OTHERS=>'0'); ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN IF ENA='1' THEN
IF Q<9 THEN Q:=Q+1;
ELSE Q:=(OTHERS=>'0');
END IF;
END IF;
END IF;
IF Q="1001"THEN CARRY_OUT<='1'; ELSE CARRY_OUT<='0';END IF;
CQ<=Q;
END PROCESS;
END behav;
仿真波形为：
四、硬件测试
计数器电路图如下图所示。
单片机原理课程设计报告题目：智能数字频率计设计 专业：信息工程 班级：信息111 学号：*** 姓名：*** 指导教师：*** 北京工商大学计算机与信息工程学院
1、设计目的 （1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念； （2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。 （3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用： 包括放大器、滤波器、比较器、计数和显示电路等。 （4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。 2、设计要求 （1）基本要求 设计指标： 1.频率测量：0～250KHz； 2.周期测量：4mS～10S； 3.闸门时间：0.1S，1S； 4.测量分辨率：5位/0.1S，6位/1S； 5.用图形液晶显示状态、单位等。 充分利用单片机软、硬件资源,在其控制和管理下,完成数据的采集、处理和显示等工作,实现频率、周期的等精度测量方案。在方案设计中,要充分估计各种误差的影响,以获得较高的测量精度。 （2）扩展要求 用语音装置来实现频率、周期报数。 （3）误差测试 调试无误后，可用数字示波器与其进行比对，记录测量结果，进行误差分析。 （4）实际完成的要求及效果 1.测量范围：0.1Hz～4MHz，周期、频率测量可调； 2.闸门时间：0.05s～10s可调； 3.测量分辨率：5位/0.01S，6位/0.1S； 4.用图形液晶显示状态、单位（Hz/KHz/MHz）等。 3、硬件电路设计 （1）总体设计思路
本次设计的智能数字频率计可测量矩形波、锯齿波、三角波、方波等信号的频率。系统共设计包括五大模块: 主芯片控制模块、整形模块、分频模块、档位选择模块、和显示模块。设计的总的思想是以AT89S52单片机为核心，将被测信号送到以LM324N为核心的过零比较器，被测信号转化为方波信号，然后方波经过由74LS161构成的分频模块进行分频，再由74LS153构成的四选一选择电路控制档位，各部分的控制信号以及频率的测量主要由单片机计数及控制，最终将测得的信号频率经LCD1602显示。 各模块作用如下: 1.主芯片控制模块: 单片机AT89S52 内部具有2个16位定时/计数器T0、T1，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。以AT89S52 单片机为控制核心，来完成对各种被测信号的精确计数、显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。 2.整形模块：整形电路是将一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。本设计使用运放器LM324连接成过零比较器作为整形电路。 3.分频模块: 考虑单片机利用晶振计数，使用11.0592MHz 时钟时，最大计数速率将近500 kHz，因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。本设计使用的分频芯片是74LS161实现4分频及16分频。 4.档位选择模块：控制74LS161不分频、4分频或者 16分频，控制芯片是74LS153。 5.显示模块：编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示，本设计选用LCD1602。 (2)测频基本设计原理 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化 的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变 化次数N，则其频率可表示为f=N/T（右图3-1所示）。其中脉 冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等 。利用单片机的定时/计数T0、T1的定时、计数 于被测频率f x 功能产生周期为1s的时间脉冲信号，则门控电路的输出信号持图3-1
广州大学学生实验报告 实验室：电子信息楼 317EDA 2017 年 10 月 2 日 学院机电学院年级、专 业、班 电信 151 姓名苏伟强学号1507400051 实验课 程名称 可编程逻辑器件及硬件描述语言实验成绩 实验项 目名称 实验4 2位十进制高精度数字频率计设计指导老师 秦剑 一实验目的 1 熟悉原理图输入法中74系列等宏功能元件的使用方法，掌握更复杂的原理图层次化设计技术和数字系统设计方法。 2 完成2位十进制频率计的设计，学会利用实验系统上的FPGA/CPLD验证较复杂设计项目的方法。 二实验原理 1 若某一信号在T秒时间里重复变化了N 次，则根据频率的定义可知该信号的频率fs 为：fs=N/T 通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。 三实验设备 1 FPGA 实验箱，quarteus软件 四实验内容和结果 1 2位十进制计数器设计 1.1 设计原理图：新建quarteus工程，新建block diagram/schematic File文件，绘制原理图，命名为conter8,如图1，保存，编译，注意：ql[3..0]输出的低4位（十进制的个位）， qh[3..0]输出的高4位（十进制的十位） 图片11.2 系统仿真：如图2建立波形图进行波形仿真，如图可以看到完全符合设计要求，当clk输入时钟信号时，clr有清零功能，当enb高电平时允许计数，低电平禁止计数，当低4位计数到9时向高4位进1 图2 1.3 生成元件符号：File->create/updata->create symbol file for current file,保存，命名为conter8,如图3为元件符号（block symbol file 文件）： 图3 2 频率计主结构电路设计 2.1 绘制原理图：关闭原理的工程，新建工程，命名为ft_top,新建原理图文件，在project navigator的file 选项卡，右键file->add file to the project->libraries->project library name添加之前conters8工程的目录在该目录下，这样做的目的是因为我们会用到里面的conters8进行原理图绘制，绘制原理图，如图4，为了显示更多的过程信息，我们将74374的输出也作为output,重新绘制了原理图，图5 图4
数字电子技术课程设计报告 设计课题: 数字频率计的设计 姓名: hcg 学院: 工学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 12级（2）班 学号: 12100513 日期 2014年06月1日—— 2014年06月30日 指导教师: 安徽农业大学
目录 1．设计的任务与要求 (3) 1.1设计的要求与参数 (3) 1.2设计的任务与时间安排 (3) 2．摘要 (4) 3.方案论证与选择 (5) 4.单元电路的设计和元器件的选择 (7) 4.1 多谐振荡器电路的设计 (7) 4.2 分频器电路的设计 (8) 4.3 单稳电路的设计 (8) 4.4放大整形电路的设计 (9) 4.5闸门电路的设计 (10) 4.6 计数器电路的设计 (10) 4.7 锁存器电路的设计 (11) 4.8 译码显示电路的设计 (12) 5.系统电路总图及原理 (14) 6.主要元器件的选择 (14) 7.经验体会 (15) 8.参考文献 (16)
设计题目：数字频率计 作者：hcg 指导老师： （安徽农业大学工学院合肥 230036 ） 1.设计任务与要求 1.1设计的要求与参数 数字频率计是用来测量正弦信号，矩形信号等波形工作频率的仪器，其测量结果直接用十进制数字显示。要求采用中小规模集成芯片设计制作一个数字频率测量仪。其基本设计参数如下：（1）被测信号的频率范围为1Hz~10KHz，分为两个频段，即1~999Hz, 1~10, KHz，用3位数码管显示测量数据，并用发光二极管表示单位，如绿灯亮表示Hz, 红灯亮表示KHz。 （2）具有自校和测量两种功能，可用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。 （3）具有超量程报警功能，在超出目前量程档的测量范围时，发出灯光信号报警。 （4）测量误差小于5%。 （5）多谐振荡器采用1M晶振电路，闸门用与门实现，显示用共阳极数码管。 1.2 设计的任务与时间安排 （1）理论设计及设计报告的撰写时间：4天。
数字频率计
目录 一、设计任务书 二、设计框图及整体概述 三、各单元电路的设计方案及原理说明 四、结果分析 五、体会和总结 附录一、电路设计总图 附录二、50MHz变成2Hz的模块VHDL语言源程序 附录三、FPGA实验开发板EP2C5T144C8芯片管脚锁定表 第页 一、设计任务书
设计一个6位数字频率计，测量范围为000000~999999； 应用QuartusII_7.2以自底向上层次化设计的方式设计电路原理图； 应用FPGA实验开发板下载设计文件，实现电路的功能。 二、设计框图及整体概述 1.设计框图 2、主要芯片及作用 T触发器：将2HZ的频率翻转成1HZ。 74192：1个74HC192能实现0~9的计数功能，6个74HC192可以连成0~999999的计数。74374：是8位的锁存器，可以选用3个来设计24位的锁存器。74374将计数器输出的测量数据暂时储存起来，并提供给数码管显示。 7448：是BCD—7段译码器，用来显示测量结果。
3、设计原理说明 数字频率计是专门用于测量交流信号周期变化速度的一种仪器，频率的定义是每秒时间内交流信号（电压或电流）发生周期性变化的次数。 因此频率计的任务就是要在1秒钟时间内数出交流信号从低电平到高电平变化的次数，并将测得的数据通过数码管显示出来。 50MHz 时钟信号通过模块VHDL 语言源程序变成2Hz 的时钟信号，通过T 触发器将2HZ 翻转成1HZ ，1HZ 经过分频产生3个电平信号，1秒脉宽的高电平提供给计数器工作；1秒脉宽的高电平提供给锁存器工作；0.5秒脉宽的高电平用于计数器清零。有了这三个电平信号，就可以用6片74192工作来计数000000~999999，74374用来锁存计数器输出的测量数据，再用7448译码器来显示出来。 三、各单元电路的设计方案及原理说明 1. 时钟分频模块 VCC clk_50m INPUT clk_1hz OUTPUT clk1clk fenpin inst PRN CLRN T Q TFF inst2 VCC 时钟分频原理图 原理：50MHz 时钟信号通过模块VHDL 语言源程序变成2Hz 的时钟信号。将T 触发器的T 端接高电平，T 触发器则转化为T ’触发器，2HZ 的脉冲通过它变为1HZ 。 2. 时序产生模块
《单片机原理与接口技术》课程设计报 告 频率计
1功能分析与设计目标 0 2频率计的硬件电路设计 (3) 2.1 控制、计数电路 (3) 2.2 译码显示电路 (5) 3频率计的软件设计与调试 (6) 3.1软件设计介绍 (6) 3.2程序框图 (8) 3.3功能实现具体过程 (8) 3.4测试数据处理，图表及现象描述 (10) 4讨论 (11) 5心得与建议 (12) 6附录（程序及注释） (13)
1 功能分析与设计目标 背景：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。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。 题目要求： 用两种方法检测（△m ,△ T ）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。 设计分析： 电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法（M 法）,脉冲周期测频法（T 法）,脉冲数倍频测频法（AM 法）,脉冲数分频测频法（AT 法）,脉冲平均周期测频法（M/T 法）,多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。 脉冲数定时测频法（M 法）：此法是记录在确定时间Tc 内待测信号的脉冲个数Mx ,则待测频率为： Fx=Mx/ Tc 脉冲周期测频法（T 法）：此法是在待测信号的一个周期Tx 内,记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是： Fx=Mo/Tx 脉冲数倍频测频法（AM 法）：此法是为克服M 法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A 倍频,把待测信号频率放大A 倍,以提高测量精度。其待测频率为： Fx=Mx/ATo 脉冲数分频测频法（AT 法）：此法是为了提高T 法高频测量时的精度形成的。由于T 法测量时要求待测信号的周期不能太短,所以可通过A 分频使待测信号 的周期扩大A倍，所测频率为： Fx=AMo/Tx 脉冲平均周期测频法（M/T法）:此法是在闸门时间Tc内，同时用两个计数器分别记录
宝鸡文理学院学报(自然科学版),第33卷,第1期,第-页,2013年3月 J o u r n a l o f B a o j iU n i v e r s i t y o fA r t s a n dS c i e n c e s (N a t u r a l S c i e n c e ),V o l .33,N o .1,p p .-,M a r .2013D O I :C N K I :61-1290/N. h t t p ://w w w.c n k i .n e t /k c m s /d e t a i l /61.1290.N.基于F P G A 的8位十进制数字频率计设计 *1 韩芝侠 (宝鸡文理学院电子电气工程系,陕西宝鸡721016 )摘 要:目的 研究复杂数字电路在E D A 开发系统上的实现方法。方法 在介绍E D A 特征及设 计方法基础上,针对具体的C P L D /F P G A 开发系统,在Q u a r t u s 环境下设计了一款8位十进制数字频 率计。结果 下载/配置到实验板的目标器件上,经实际电路测试验证,达到了预期的设计要求。结论 与传统设计方法相比, 该方案具有外围电路简单,程序修改灵活和调试容易等特点;设计的数字频率计测量范围大,精度高,读数直观清晰,可用于频率测量、机械转速测量等领域。 关键词:E D A ;C P L D /F P G A ;Q u a r t u s ;数字频率计;复杂数字系统;仿真中图分类号:T P 391.9 文献标志码:A 文章编号:1007-1261(2013)01-0000-04D e s i g no f 8-b i t d e c i m a l s y s t e md i g i t a l f r e q u e n c y m e t e rb a s e do nF P G A HA NZ h i -x i a (D e p t .E l e c t r o n i c s&E l e c t .E n g n .,B a o j iU n i v .A r t s&S c i .,B a o j i 721016,S h a a n x i ,C h i n a )A b s t r a c t :A i m T os t u d i e dt h em e t h o dt or e a l i z ead i g i t a l c i r c u i t i nE D A d e v e l o p m e n t s y s t e m.M e t h o d s B a s e do ni n t r o d u c i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd e s i g n m e t h o d so fE D A ,t oa i m a ts p e c i f i c C P L D /F P G Ad e v e l o p m e n t s y s t e m ,A8-b i t d e c i m a l s y s t e md i g i t a l f r e q u e n c y m e t e r i s d e s i g n e d i nQ u -a r t u s e n v i r o n m e n t .R e s u l t s I t i sd o w n l o a d /c o n f i g u r a t i o nt o t h e t a r g e td e v i c eo f e x p e r i m e n t a l p l a t e ,a f t e r a c t u a l c i r c u i t t e s t i n g a n dv e r i f y i n g ,t h ee x p e c t e dd e s i g nr e q u i r e m e n t i sa c h i e v e d .C o n c l u s i o n C o m p a r i n g w i t h t r a d i t i o n a l d e s i g nm e t h o d ,t h i s d e s i g nh a s c h a r a c t e r i s t i c s o f s i m p l e p e r i p h e r a l c i r c u i t ,f l e x i b l e p r o g r a m m o d i f i c a t i o nw a y a n d e a s y d e b u g m o d e ;T h i s f r e q u e n c y m e t e r a l s oh a s c h a r a c t e r i s t i c s o fw i d em e a s u r e m e n t r a n g e ,h i g ha c c u r a c y ,c l e a r a n d i n t u i t i v e r e a d i n g ,a n d c a nb e u s e d f o r f r e q u e n c y m e a s u r e m e n t ,m e c h a n i c a l s p e e dm e a s u r e m e n t ,e t c .K e y w o r d s :E D A ;C P L D /F P G A ;Q u a r t u s ;d i g i t a l f r e q u e n c y m e t e r ;c o m p l e xd i g i t a l c i r c u i t ;s i m -u l a t i o n 1 E D A 技术应用 随着计算机技术和集成电路技术的快速发展,电子技术设计面临着复杂度不断提高而设计周期不断缩短的矛盾。为了解决这个问题,就必须采用新的设计方法和使用高层次的设计工具,于是E D A 技术应运而生。E D A 遵循从上到下的设计原则。首先从系统设计入手,在顶层进行功 能划分和结构设计,顶层电路中的每个次层模块均可完成一个较为独立的功能,次模块在调试成 功后可生成一个默认符号,供上一层模块调用。而高密度可编程逻辑器件F P G A 是E D A 设计所必须的一种编程下载技术,具有易失性,每次重新加电,都要重新装入配置数据,突出优点是可反复编程,系统上电时,给F P G A 加载不同的配置数 *收稿日期:2012-09-19,修回日期:2012-10-02 基金项目:宝鸡文理学院科研项目(J G 0831 )作者简介:韩芝侠(1970-),女,陕西扶风人,副教授,硕士,研究方向:检测技术及自动化装置.E m a i l :h a n _z h i _x i a 999@163.c o m 网络出版时间：2012-10-11 17:25 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/8413292541.html,/kcms/detail/61.1290.N.20121011.1725.001.html
EDA课程设计报告书 题目：8位十进制数字频率计的设计姓名： 学号： 所属学院： 专业年级： 指导教师： 完成时间：
8位十进制数字频率计的设计 一、设计介绍 数字频率计是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。频率计主要由四个部分构成:输入电路、时基(T)电路、计数显示电路以及控制电路。在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的发展，基于数字式频率计组成的各种测量仪器、控制设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。 二、设计目的 （1）熟悉Quatus 11软件的基本使用方法。 （2）熟悉EDA实验开发系统的使用方法。 （3）学习时序电路的设计、仿真和硬件设计，进一步熟悉VHDL设计技术。 三、数字频率计的基本原理 数字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，通常情况下计算每秒待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。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，测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响。数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S）信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的1S时间对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。频率计测量频率需要设计整形电路使被测周期性信号整形成脉冲，然后设计计数器对整形后的脉冲在单位时间重复变化的次数进行计数，计数器计出的数字经锁存器锁存后送往译码驱动显示电路用数码管将数字显示出来，需要设计控制电路产生允许产生的门匣信号，计数器的清零信号和锁存器的锁存信号使电路正常工作，再设计一个量程自动转换使测量围更广。 四系统总体框架
滁州学院 课程设计报告 课程名称：数字逻辑课程设计 设计题目：数字频率计的设计 系别：网络与通信工程系 专业：网络工程（无线传感器网络方向）组别：第七组 起止日期:2012年5月28日～2012年6 月18日指导教师:姚光顺 计算机与信息工程学院二○一二年制
课程设计任务书
目录 1绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2主要工作和方法 (1) 1.3本文结构 (1) 2相关知识 (1) 2.1数字频率计概念...................................................................................................................... .. (1) 2.2数字频率计组成 (1) 3系统设计 (2) 4系统实现 (2) 4.1计数译码显示电路 (2) 4.2控制电路 (3) 5系统测试与数据分析 (5) 6课程设计总结与体会 (8) 6.1设计总结 (8) 6.2设计体会 (8) 结束语 (9) 参考文献 (9) 附录 (10) 致谢 (12)
1绪论 1.1设计背景 数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有 30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上限扩展到微频段。 随着科学技术的发展，用户对数字频率计也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用频率计所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。 随着数字集成电路技术的飞速发展，应用计数法原理制成的数字式频率测量仪器具有精度高、测量范围宽、便于实现测量过程自动化等一系列的突出特点。 1.2主要工作和方法 设计一个数字频率计。要求频率测量范围为1Hz-10kHz。数字显示位数为四位静态十进制计数显示被测信号。先确定好数字频率计的组成部分，然后分部分设计，最后组成电路。 1.3本文结构 本文第1部分前言主要说明频率计的用处和广泛性。第2部分简要说明了本次课程设计的要求。第3部分概要设计大致的勾画出本次设计的原理框架图和电路的工作流程图。第4部分简要说明4位二进制计数器74160的原理和搭建计数译码显示电路的原理，同时分析控制电路的功能，形成控制电路图，及搭建显示电路和控制电路的组合原理图。第5部分调试与操作说明，介绍相关的操作和输入不同频率是电路的显示情况。 2相关知识 2.1数字频率计介绍 2.1.1数字频率计概念 数字频率计是一种直接用十进制数字现设被测信号频率的一种测量装置，它不仅可以测量正弦波、方波、三角波等信号的频率，而且还可以用它来测量被测信号的周期。经过改装，在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏计、电子称、计价器等。因此，数字频率计在测量物理量方面有广泛的应用。 2.1.2数字频率计组成 数字频率计由振荡器、分频器、放大整形电路、控制电路、计数译码显示电路等部分组成。其中的控制脉冲采用时钟信号源替代，待测信号用函数信号发生器产生。数字频结构原理框图如图3.1
EDA课程设计报告 名称: 8位十进制频率计 学号: 姓名: 年级专业: 2011级电子信息工程 学院: 物电学院 指导老师: 日期: 2014年6月2日 安徽师范大学物理与电子信息学院 College of Physics and Electronic Information, Anhui Normal University
目录 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、设计思路 (3) 四、设计原理 (3) 五、设计仿真 (3) 六、实验现象 (4) 七、设计源码 (4) 八、总结 (9) 参考书目 (9) 引言 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教多,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。随着现场可编程阵列FPGA的应用,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。 一、课程设计目的 1）巩固和加深对“EDA技术”、“数字电子技术”的基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。 2）培养学生根据课题需要选学参考书籍、查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研相关问题，学会自己分析解决问题的方法。 3）培养硬件设计、软件设计及系统软、硬件调试的基本思路、方法和技巧，并能熟练使用当前较流行的一些有关电路设计与分析的软件和硬件。 二、课程设计要求 1）脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数,其表达式为,f为被测信号的频率,N 为计数器所累积的脉冲个数,T为产生N个脉冲所需的时间。所以,在1秒时间内计数器所记录的结果,就是被测信号的频率。 2）被测频率信号取自实验箱晶体振荡器输出信号,加到主控室的输入端。 3）再取晶体振荡器的另一标准频率信号，经分频后产生各种时基脉冲：1ms，10ms，0.1s，1s等，时基信号的选择可以控制，即量程可以改变。 4）时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内（时基信号的一个周期），输入信号才通过主控门。 5）f=N/T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。 6）当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果，此时控制电路输出一个置零信号，将计数器和所有触发器复位，为新一次采样做好准备 三、课程设计思路 频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。这就要求TESTCTL的计数使能信号TSTEN能产生一个1秒脉宽的周期信号，并对频率计的每一计数器CNT10的ENA使能端进行同步控制。当TSTEN高电平时，允许计数；低电平时，停止计数，并保持其所计的数。在停止计数期间，首先需要一个锁存信号LOAD的上跳沿将计数器在前1秒钟的计数值锁存进32位锁存器REG32B中，并由外部的7段译码器译出并稳定显示。锁存信号之后，必须有一清零信号CLR_CNT对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。 寄存器REG32B设计要求是：若已有32位BCD码存在于此模块的输入口，在信号LOAD的上升沿后即被锁存到寄存器REG32B内部，并由REG32B的输出端输出，然后由7段译码器译者成能在数码管上显示输出的相应数值。
数电课程设计报告：频率计 目录 一、设计指标 二、系统概述 1.设计思想 2.可行性论证 3.工作过程 三、单元电路设计及分析 1.器件选择 2.设计及工作原理分析 四、电路的组构及调试 1.遇到的问题 2.现象记录及原因分析 3.解决及结果 4.功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据 五、总结 1.体会 2.电路总图 六、参考文献 一、设计指标 设计指标：要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。测试值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管只是测量对象（频率）的单位：Hz、kHz。
频率的测量范围有四档量程。 1）测量结果显示四位有效数字，测量精度为万分之一。 2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分为： 第一档： 100.0Hz——999.9Hz 第二档： 1.000kHz——9.999kHz 第三档： 10.00kHz——99.99kHz 第四档： 100.0kHz——999.9kHz 3）量程切换可以采用两个按键SWB、SWA手动切换。 扩展要求： 一、当被测频率大于999.9kHz，超出最大值时，设置亮一个警灯，并同时发出报警声音。 二、自动切换量程 提示： 1.计数器计到9999时，产生溢出信号CO，启动量程加档。 2.显示不足4位有效数字时量程减档。 三、各量程输出信号的频率最高位有效数字为1、2、3、4、5、6、7、8、9。 二、系统概述 1.设计思想 周期性信号频率可通过记录信号在1s内的周期数来确定其频率。
累计标准时间Ts中被测信号的脉冲个数Nx，被测信号频率：fx≈Nx/Ts 测量时间Ts选择：由于测量时间Ts需要根据被测信号的频率切换，所以通常对振荡时钟进行分频以获得不同的定时时间。 采样定时、显示锁存、计数器清零的控制时序波形图 2.可行性论证 用计数器实现记录周期数的功能；用时基信号产生计数时间作为采样时间；用四位动态扫描通过数码管显示结果；因为如果计数器直接把数据输入到数码管显示，那么数码管的数据就会不断变化，累计增加的情况，所以采用锁存器，在每个时间信号内，通过一个高电平使能有效，将计数器的数值锁存到寄存器或者锁存器；为了不要让每次锁存的数据会比上次
多功能8位十进制频率计数器的设计
多功能8位十进制频率计数器的设计 设计题目：多功能8位十进制计数器的设计学生学号： 08060311205 学生姓名：孔文尧 专业班级：电信 112 指导教师：邓茜
摘要 使用VHDL 语言来设计，画出流程图和仿真图，让设计的电路通过硬件仿真，再在下到相关器件上，指导满足要求，能实现电子自动化的过程。使用该仪器测试所得到的信号的频率，有正弦波，有方波但是其信号必须按周期性变化，否则一定是机器坏了和操作不得当。因此这个毕业设计，不但有力于让数字频率计的功能更强，也可以让成本降低和增加其实际作用。所有的科研院所，学校，实验室，车间等商业机构都使用了大量的数字频率器或其相关产品。因为它的使用性，价格也相当的低廉所以被人们广泛的使用和研究。在这被人们所注意到，而且仿真可以提供更好的测量频率也会让实验的结果更加的精确，他能满足了数字频率计自动清零需求，当然也能满足自动化功能测试要求。 现在我们对他的研究途径它不仅仅在于容易阅读，也在于我可以控制精度，这也是很牛逼的。最重要的是数字频率计，在高科技设备研发和数字卫星领域，数字通信应用等领域中有不俗的贡献。 [关键词]：VHDL 语言仿真频率计数器。
Summary Use c language to design, draw a flowchart and simulation map, so the design of the circuit by hardware emulation, and then next to the relevant device guidance to meet the requirements, to achieve the electronic automated process. Frequency signal obtained by the instrument test with a sine wave, but their well-wave signal must be periodically changed, the machine must be broken and the operation shall not be treated. So this graduation design, not only to make powerful digital frequency meter more powerful, but also allows cost reduction and increase its practical effect. All research institutes, schools, laboratories, workshops and other business organizations are using a lot of digital frequency or its related products. Because of its use, the price is quite low so been widely used and studied. In this been noticed, and simulation can provide better measurement frequency also make experimental results more accurate, he can meet the needs of the digital frequency meter is automatically cleared, of course, but also to meet the requirements of automated functional testing, Now we study the way for him it's not just that it is easy to read, but also that I can control precision, it is also very fast hardware. The most important is the digital frequency meter, high-tech equipment in the field of research and development and digital satellite, digital communications applications in other fields have good contributions. [Keywords]: c language simulation frequency meter.
电气与信息工程学院 数字频率计 设计报告书 前言 摘要：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,其中数字计 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。 其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐 述了设计了一个简单的数字频率计的过程。 关键词：频率计，闸门，逻辑控制，计数-锁存
目录 第一章设计目的 第二章设计任务和设计要求 2.1 设计任务及基本要求 2.2.系统结构要求 第三章系统概述 3.1概述 3.2设计原理及方案 第四章单元电路设计及分析 4.1 时基电路 4.2逻辑控制电路 4.3计数电路 4.4锁存电路 4.5显示译码电路 4.6 闸门电路 第五章安装与调试过程 5.1 电路的安装过程 5.2 电路的调试过程 5.3 出现的问题及解决办法 第六章结果分析 第七章收获与体会
第八章元件清单 第九章实现结果实物图 附录A 参考文献 第一章 设计目的： 1.了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 2.熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误 差的方法。 3.本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应 用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 4.针对电子线路课程要求，对我们进行实用型电子线路设 计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
第二章 设计任务及要求： 2.1设计任务及基本要求： 设计一简易数字频率计，其基本要求是： 1)测量频率范围0～9999Hz； 2)最大读数9999HZ,闸门信号的采样时间为1s；. 3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波； 4)显示方式为4位十进制数显示； 5)完成全部设计后，可使用EWB进行仿真，检测试验设计电路的正确性。 2.2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量。 波形 整 形 计 数 器 数 码 显 示 振荡 电 路分 频 器 控 制 门 数 据 锁 存 器 显 示 译 码 器 被测 信 号
《数字频率计》技术报告 一、问题的提出 在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。而频率计则能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。 二、解决技术问题及指标要求 1、技术指标
被测信号：正弦波、方波或其他连续信号； 采样时间：1秒（0.1秒、10秒）； 显示时间：1秒（2秒、3秒．．．．．．）； LED显示； 灵敏度：100mV； 测量误差：±1H z。 数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其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。一般T=1s，所以应要求定时器尽量输出为1s的稳定脉冲。 2、设计要求 可靠性：系统准确可靠。 稳定性：灵敏度不受环境影响。 经济性：成本低。 重复性：尽量减少电路的调试点。 低功耗：功率小，持续时间长。 三、方案可行性分析（方案结构框图） 1、原理框图
四位十进制频率计
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一、设计任务与要求 1.设计4位十六进制频率计，学习较复杂的数字系统设计方法； 2.深入学习数字系统设计的方法与步骤； 3.用元件例化语句写出频率计的顶层文件； 4.用VHDL硬件描述语言进行模块电路的设计； 5.设计硬件要求：PC机，操作系统为Windows2000/XP，本课程所用系统均为 max+plus II 5.1设计平台，GW48系列SOPC/EDA实验开发系统。 二、总体框图 2.1工作原理以及方案 原理工作说明： 根据频率的定义和频率测量的基本原理，测定信号的频率必须有一个脉宽为1秒的对输入信号脉冲计数允许的信号；1秒计数结束后，计数值锁入锁存器的锁存信号和为下一测频计数周期作准备的计数器清0信号。这3个信号可以由一个测频控制信号发生器产生，即图（a）中的TESTCTL，它的设计要求是，TESTCTL的计数使能信号CNT_EN 能产生一个1秒脉宽的周期信号，并对频率计的每一计数器CNT4B的ENA使能端进行同步控制。当CNT_EN高电平时，允许计数；低电平时停止计数，并保持其所计的脉冲数。在停止计数期间，首先需要产生一个锁存信号LOAD，在该信号上升沿时，将计数器在前1秒钟的计数值锁存进各锁存器REG4B中，并由外部的7段译码器译出，显示计数值。设置锁存器的好处是，显示的数据稳定，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。锁存信号之后，必须有一清零信号RST_CNT对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。其工作时序波形如图(a)。
数字频率计设计报告 学院： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2008-11-11
一．内容介绍 数字频率计是用来测量信号频率的装置。它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，经常要用到频率计。 由于其用十进制数显示，测量速度、精度高、显示直观，因此频率计得到广泛的应用。 二．设计内容、技术指标及框图 设计内容： 设计只用一只数码管显示结果的数字频率计。 技术指标： 1.被测量信号频率范围：1KHZ-999KHZ 2.测量精度：测量显示3位有效数字 3.时基时间宽度：1ms 4.测试和显示方法： （1）只用一只数码管显示结果。 （2）每2秒钟自动测试一次，按百、十、个、全灭的顺序逐位显示测试结果，每位的显示时间为0.5秒。 数字频率计的框图：如图1。 图1 频率计系统框图
三．单元电路设计 1. 时基产生电路 时基信号的产生电路可用石英晶体振荡器经分频后得到高稳定度的时基信号。图2采用CC4060十四级计数器构成0.5s脉冲（3）和毫秒脉冲1ms时基信号。12脚接地。 图2 秒脉冲和毫秒脉冲时基产生电路 2.节拍信号发生器 设计要求每2秒自动测试一次，按百、十、个、灭的顺序逐位显示测试结果。由此可知，节拍信号发生器需产生四种状态的变化，变化周期为2秒。四种状态信号可以提供给数据选择器的地址端，用来逐位显示百、十、个、灭，2秒的周期信号用来控制计数器计数，保持和清零。如图3。 节拍信号发生器
图3 节拍信号发生器及波形 3.整形电路 将输入的被测信号送入施密特触发器74LS132的输入端，其输入将得到矩形波至闸门输入如图4。 图4 整形电路 4.控制电路（门控电路） 要求控制器每2秒向主闸门输入一个时间为2秒，采样脉宽为1ms的周期信号，如图5。 采用2个D触发器，以时基信号T=1ms作为同步时钟脉冲。