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量程自动转换数字式频率计的设计
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EDA课程设计

（量程自动转换数字式频率的设计）

题目：数字频率计的设计
学院：安徽农业大学经济技术学院
班级：11级电气2班
学号：
姓名：
指导老师：龙凤兰老师
提交时间：2014年6月17日

目录
设计要求
设计方案
1,频率计的工作原理
2，频率计的系统框图
详细设计
1,4位十进制计数模块
（1）十进制计数器元件cnt10v的设计
（2）计数器的顶层设计
（3）分频模块的设计
2.闸门控制模的设计
3．可自动换挡基准时钟模块的设计
4.锁存模块的设计
5.译码显示模块的设计与实现
七段数码显示译码管的VHDL设计
6.频率计电路顶层原理图的设计
7,实验数据统计与误差分析
四．总结
五．参考文献

数字频率计的设计

摘要:数字频率计是一种能够测量被测信号频率的数字测量仪器。它被广泛应用于航天、航空、电子、自动化测量、测控等领域。本文利用测频原理，设计一个量程自动转换数字式频率计，主要硬件电路由Altera公司生产的复杂可编程逻辑（CPLD）EPM7128构成。复杂可编程逻辑器件CPLD芯片EPM7128SLC84-15完成各种时序逻辑控制、计数功能。在QUARTUSII平台上，用VHDL语言编程完成了CPLD的软件设计、编译、调试、仿真和下载。由于本系统采用了先进的EDA技术，不但大大缩短了开发研制周期，而且使本系统具有结构紧凑、体积小，可靠性高，测频范围宽、精度高等优点。

关键词：频率计；可编程逻辑器件；VHDL

一、设计要求
频率计的测量范围为1，量程分10、100和1000三档（最大读数分别为9.99、99.9、999）。
要求量程可根据被测量的大小自动转换。即当计数器溢出时，产生一个换档信号，让整个计数时间减少为原来的1/10，从而实现换档功能。
要求实现溢出报警功能。即当频率高于999时，产生一报警信号，点亮LED灯，从而实现溢出报警功能。
二、设计方案
1、频率计的工作原理
常用的测量频率的方法有两种，一个是测周期法，一个是测频率法。
测周期法需要有基准系统时钟频率,在待测信号一个周期内，记录基准时钟频率的周期数，则被测频率可表示为：
=/
测频率法就是在一定的时间间隔内内，得到这个周期信号重复变化的次数，则被测频率可表示为
=/
本设计采用的是直接测频率的方法。
2、频率计的系统框图
频率计的系统设计可以分为4位10进制计数模块、闸门控制模块、锁存器模块、译码显示模块和可自动换档基准时钟模块，其系统框图如图2.1所示。

可自动换档基准时钟模块
闸门控制模块
4位10
进制计数模块
译码
显示
模块

锁存模块
图2.1：频率计的系统框图

其中，可自动换档模块为闸门控制模块提供3个档也就是3个测量范围的基准时钟信号，通过计数器的最高位溢出情况来判定工作在第几档。
闸门控制模块根据基准时钟信号产生基准时钟信号周期2倍的周期使能信号，随后为锁存器产生一周期性地锁存信号，再然后为计数模块产生一周期性地清零信号。
4位10进制计数模块在使能信号和清零信号的控制下对被测信号的波形变化进行计数，若产生溢出则为自动换档模块输出一换档信号。
译码显示模块负责不闪烁的显示被测信号的频率以及数字频率计目前工作的档位。
三、详细设计
1、4位十进制计数器模块
4位十进制计数器模块包含4个级联十进制计数器，用来对施加到时钟脉冲输入端的待测信号产生的脉冲进行计数，十进制计数器具有计数使能、清零控制和进位扩展输出。用于计数的时间间隔（计数允许周期T）由闸门控制模块的控制信号发生器所产生的使能信号来控制，使能十进制计数器的计数允许周期T可由闸门控制模块中的量程选择输入来决定。这样允许用户选择所希望的被测频率范围，并有效地确定读出数据中十进制小数点的位置。
（1）、十进制计数器元件cnt10Ｖ的设计
十进制计数器既可采用QuartusII的宏元件74160，也可用VHDL语言设计，本设计采用VHDL编写，其源程序如下：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYcnt10vIS
PORT(clr:INSTD_LOGIC;
clk:INSTD_LOGIC;
cout:OUTSTD_LOGIC;
en:INSTD_LOGIC;
cq:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));
ENDcnt10v;
ARCHITECTUREexample1OFcnt10vIS
BEGIN
PROCESS(clr,clk,en)
VARIABLEcqi:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWN