基于复杂可编程逻辑器件及用VHDL语言编程的数字频率计的设计共3篇

基于复杂可编程逻辑器件及用VHDL语言编程的数字频率计的设计共3篇基于复杂可编程逻辑器件及用VHDL语言编程的数字频率计的设计1本文将介绍基于复杂可编程逻辑器件及使用VHDL语言编程的数字频率计的设计。

首先，需要了解数字频率计的原理及应用。

数字频率计是一种能够实现频率测量的电子仪器。它可以用来测量电路中各种信号的频率，包括脉冲信号、方波信号、正弦波等。数字频率计主要是由计数器、定时器、显示模块、逻辑控制模块等部分组成。在实际工作中，数字频率计被广泛应用于信号调理、信号检测、信号分析、频率合成等领域。

接下来，介绍使用复杂可编程逻辑器件(VHDL)设计数字频率计的步骤。

1.确定频率计的输入信号类型和测量范围

首先，需要确认输入信号的频率范围及类型。例如，频率计可以测量的范围为0Hz-100kHz，输入信号为方波信号。

2.设计计数器方案

根据输入信号的类型和频率范围，设计计数器的计数器的方案。在本例中，设计的计数器为48位的二进制计数器。

3.VHDL语言编写计数器模块代码

在VHDL编程语言中编写计数器模块的代码。使用时钟信号将计数器进行计数，当计数器的值达到最大值时，将会被清零。代码示例如下：

--定义计数器的数据类型

typeCounterTypeisrange0to281474976710655;

--定义计数器的输入和输出端口

entityCounteris

port(

Clk:instd_logic;

Count:instd_logic;

Reset:instd_logic;

CountVal:outCounterType

);

endentityCounter;

--实现计数器的功能

architectureBehavioralofCounteris

signalCountNext:CounterType;

begin

--将计数器累加

Process(Clk,Reset)

begin

ifReset='1'then

CountNext<=0;

elsifrising_edge(Clk)then

ifCount='1'then

ifCountNext=281474976710655then

CountNext<=0;

else

CountNext<=CountNext+1;

endif;

endif;

endif;

endProcess;

CountVal<=CountNext;

endarchitectureBehavioral;

4.VHDL语言编写显示模块代码

在VHDL编程语言中编写显示模块的代码。在本例中，使用7段LED显示输入信号的频率。代码示例如下：

--定义显示模块的输入和输出端口

entityDisplayis

port(

Clk:instd_logic;

Reset:instd_logic;

Frequency:inCounterType;

DisplayA:outstd_logic_vector(6downto0);

DisplayB:outstd_logic_vector(6downto0);

DisplayC:outstd_logic_vector(6downto0);

DisplayD:outstd_logic_vector(6downto0)

);

endentityDisplay;

--实现7段LED的显示功能

architectureBehavioralofDisplayis

signalCount7:integer;

signalDisplay:std_logic_vector(3downto0);

begin

Process(Clk,Reset)

begin

ifReset='1'then

Count7<=0;

Display<="0000";

elsifrising_edge(Clk)then

Count7<=Count7+1;

ifCount7=625then

Count7<=0;

Display<=Frequency;

endif;

endif;

endProcess;

DisplayA<=GetDisplayVector(Display(0));

DisplayB<=GetDisplayVector(Display(1));

DisplayC<=GetDisplayVector(Display(2));

DisplayD<=GetDisplayVector(Display(3));

endarchitectureBehavioral;

--将计数器的值以7段LED的形式显示

functionGetDisplayVector(Input:integer)returnstd_logic_vectoris

begin

caseInputis

when0=>

return"0000001";

when1=>

return"1001111";

when2=>

return"0010010";

when3=>

return"0000110";

when4=>

return"1001100";

when5=>

return"0100100";

when6=>

return"0100000";

when7=>

return"0001111";

when8=>

return"0000000";

when9=>

return"0000100";

whenothers=>

return"1111111";

endcase;

endfunctionGetDisplayVector;

5.进行集成与测试

将计数器和显示模块进行集成，并进行测试。在测试过程中，输入不同的频率范围和类型的信号，观察数字频率计的显示效果。同时，根据实际应用场景，为数字频率计添加其他的外设，如按键、微处理器、通信接口等。

综上所述，基于复杂可编程逻辑器件及使用VHDL语言编程的数字频率计采用了VHDL语言编写计数器模块和显示模块代码的方式进行设计，并通过测试得到了良好的显示效果。在实际应用中，数字频率计具有广泛的应用价值，可以用于各种综合领域中的信号分析和处理。基于复杂可编程逻辑器件及用VHDL语言编程的数字频率计的设计2本设计基于复杂可编程逻辑器件（FPGA）和VHDL语言编程，实现一个数字频率计。数字频率计可以检测输入信号的频率，并将结果显示在数码管上。在本设计中，输入信号为正弦波，频率范围为1Hz到1MHz。

首先，我们需要了解FPGA和VHDL语言。FPGA是一种可编程逻辑器件，可以通过编程实现不同的电路功能。VHDL是一种硬件描述语言，用于定义电路行为和结构。

在本设计中，我们使用Altera的CycloneIVEP4CE6E22C8NFPGA和AlteraQuartusPrime18.0软件进行开发。以下是数字频率计的主要设计步骤：

1.输入信号处理

我们选择纯正弦波作为输入信号。为了测量频率，我们需要对输入信号进行处理，得到每一周期的持续时间，并计算出频率。

我们利用FPGA板上的单片机（MCU）发送定时器触发信号，并记录输入信号触发的时间。当输入信号通过一定数量的周期后，我们可以计算出频率。为了减少测量误差，我们可以对多个周期的测量结果取平均值。

2.显示模块设计

得到频率值后，我们需要将结果显示在数码管上。我们使用了四个七段数码管来显示数字。这些数码管通过FPGA板上的GPIO接口与FPGA连接。当频率计测量到频率值时，数字将显示在数码管上。

3.顶层模块设计

顶层模块将输入信号处理模块和显示模块集成在一起。在这个模块中，我们定义输入信号和数码管的接口，并将这些接口与输入信号处理和显示模块连接。

我们在QuartusPrime软件中使用VHDL语言编写代码。以下是代码的主要部分：

```

entityfrequency_counteris

port(

reset:instd_logic;

clock:instd_logic;

trigger:outstd_logic;

data:instd_logic_vector(63downto0);

display:outstd_logic_vector(27downto0)

);

endfrequency_counter;

architectureBehavioraloffrequency_counteris

signalcounter_value:std_logic_vector(31downto0);

signalcapture_start:std_logic;

signalcapture_done:std_logic;

signalrunning_sum:std_logic_vector(63downto0);

signalnum_samples:integerrange0to999999;

componenttimeris

port(

trigger:instd_logic;

start:instd_logic;

done:outstd_logic;

value:outinteger

);

endcomponent;

componentseven_segmentis

port(

input_data:instd_logic_vector(3downto0);

cathode:outstd_logic_vector(6downto0)

);

endcomponent;

begin

timer_inst:timerportmap(

trigger=>trigger,

start=>capture_start,

done=>capture_done,

value=>num_samples

);

process(clock,reset)

begin

ifreset='1'then

counter_value<=(others=>'0');

capture_start<='0';

capture_done<='0';

running_sum<=(others=>'0');

num_samples<=0;

elsifrising_edge(clock)then

ifcapture_done='1'then

capture_start<='0';

capture_done<='0';

running_sum<=running_sum+signed(data);

num_samples<=num_samples+1;

ifnum_samples=100then

counter_value<=std_logic_vector(to_unsigned(

125000000/(running_sum/100),

32

));

running_sum<=(others=>'0');

num_samples<=0;

endif;

endif;

endif;

endprocess;

display_inst:seven_segmentportmap(

input_data=>counter_value(31downto28),

cathode=>display(27downto21)

);

...//Displayoutputforremainingdigits

endBehavioral;

```

在上述代码中，我们定义了一个名为“frequency_counter”的实体，其输入和输出分别为复位信号，时钟信号，触发器，输入信号数据和显示输出。我们还定义了内部信号和一些组件。

顶层模块中的process（）过程对输入信号进行处理，并计算出频率。计算结果存储在counter_value变量中，并显示在数码管上。数据输入到七段数码管中。这里输入数据需要进行编码，因此我们使用内部组件seven_segment来实现编码。

4.仿真与调试

在代码编写完成后，我们使用QuartusPrime软件进行FPGA芯片的综合、布局和生成。然后，我们连接PC和FPGA，并使用AlteraUSBBlaster进行下载和调试。

由于硬件的限制和环境的影响，数字频率计可能会存在误差，但我们可以通过调整代码和电路来优化性能。

总之，利用FPGA和VHDL语言编写数字频率计是一个很好的学习和实践嵌入式系统和数字电路设计的方法。通过这个项目，我们可以深入了解FPGA和VHDL语言，并掌握数字信号处理和显示技术。基于复杂可编程逻辑器件及用VHDL语言编程的数字频率计的设计3数字频率计是一种常见的电子测试仪器，它可以用来测量电信号的频率。复杂可编程逻辑器件（FPGA）是一种集成电路，它可以用来实现各种数字电路。本文将介绍如何使用FPGA和VHDL语言编程实现数字频率计。

数字频率计的基本原理是通过计算电信号的周期来确定频率。周期是一个信号从一个峰值到下一个峰值所需要的时间。频率是周期的倒数，因此可以通过测量周期来计算频率。使用FPGA和VHDL语言可以实现高速、高精度的周期计数。

FPGA可以实现很多功能，包括时钟分频、计数、加减法等。在设计数字频率计时，需要将输入信号进行分频，使其周期适合FPGA处理。常见的分频器有二分频、四分频、十分频等。例如，如果输入信号的频率为100MHz，可以使用二分频器将其分成50MHz，再使用十分频器将其分成5MHz。这样，FPGA就可以以较低的频率处理输入信号，从而完成周期计数。

在VHDL语言中，可以使用计数器实现周期计数。计数器是一个可编程的电路，它可以将输入频率分频并进行计数。计数器的输出可以作为数字频率计的输出。VHDL语言中定义计数器的基本语法如下：

```vhdl

entitycounteris

generic(

max_count:integer:=100

);

port(

clk:instd_logic;

reset:instd_logic;

out:outstd_logic_vector(7downto0)

);

endentitycounter;

architecturertlofcounteris

signalcount:integerrange0tomax_count:=0;

begin

process(clk,reset)

begin

ifreset='1'then

count<=0;

elsifrising_edge(clk)then

ifcount=max_countthen

count<=0;

else

count<=count+1;

endif;

endif;

endprocess;

out<=std_logic_vector(to_unsigned(count,out'length));

endarchitecturertl;

```

上述代码定义了一个带有时钟和复位输入、8位输出的计数器。计数器的工作原理是在每个时钟上升沿时，在计数器的值上加1。当计数器的值达到最大值时，它会被重置为零。计数器的输出是一个8位二进制数，可以通过向外输出表示周期的值。

使用上述计数器，可以实现一个数字频率计。数字频率计的工作流程如下：

1.将输入信号进行分频，使其周期适合FPGA处理。

2.将分频后的信号输入到计数器中，进行周期计数。

3.每100个时钟周期，计算一次周期的平均值。

4.将平均周期的倒数作为输出，表示输入信号的频率。

数字频率计的VHDL代码如下：

```vhdl

entityfreq_counteris

generic(

clk_freq:integer:=50000000;

max_count:integer:=100

);

port(

clk:instd_logic;

reset:instd_logic;

input:instd_logic;

freq_out:outstd_logic_vector(31downto0)

);

endentityfreq_counter;

architecturertloffreq_counteris

signalclk_div:std_logic;

signalcount:integerrange0tomax_count:=0;

signalcount_sum:integerrange0tomax_count*100:=0;

signalavg_count:integerrange0tomax_count:=0;

begin

--时钟分频

freq_div:process(clk)

begin

ifrising_edge(clk)then

clk_div<=notclk_div;

endif;

endprocess;

--计数器

counter_inst:entitywork.counter

genericmap(