基于EDA技术的频率计系统研究与设计.docVIP

基于EDA技术的频率计系统研究与设计 　　【文章摘要】 　　本文主要研究介绍了一种基于EDA技术的频率计系统，系统通过采用硬件语言VHDL自顶向下的设计方法来设计实现频率显示功能，其中频率的显示控制电路和频率的测量电路是设计的核心内容，系统的辅助电路多通过硬件电路来实现完成。基于EDA技术的频率计系统主要是由基准频率信号电路、显示控制和频率测量电路、显示输出电路、电源电路构成，采用EP2C8Q208C8型号的FPGA芯片作为系统的核心电路。 　　【关键词】 　　EDA技术；频率计；VHDL；FPGA 　　1 基于EDA技术频率计系统的设计环境 　　EDA是Electronic Design Automation的缩写，译为电子设计自动化。EDA技术设计的载体为大规模可编程逻辑器件，系统的逻辑描述是通过硬件语言来完成的，通过实验开发系统和相关开发软件来自动完成电子系统地软件和硬件的设计。EDA 技术是通过采用高级语言描述系统功能的，它具有较强的综合能力和系统级仿真能力。EDA具有较高的自动化能力、较为完善的功能、较为友好的界面，在数据处理方面具有较好的交互性、开放性和兼容性，一般EDA技术具有以下显著特征：（1）EDA设计的系统可以以波形、原理图、VHDL等多种形式进行数据输入，系统的很多硬件电路设计是通过软件方式的设计与测试完成的。（2）EDA具有较高的自动化程度。EDA技术对原理图或VHDL等输入文件的输入内容进行自动逻辑编译、综合、化简、优化、仿真、布线、布局、适配，并且可以自动下载编程并生成目标系统。在计算机上自动进行电路的功能仿真、性能的分析、优化的设计以及结果的检测等环节运行，进而自动完成电子产品的设计。（3）EDA技术具有较高的集成能力，可集成于较小的芯片上。（4）利用EDA技术开发的系统只需要较短的周期，而且具有较低设计成本、较高的设计灵活性。（5）设计系统时可以进行现场编程，并且可以在线升级系统。 　　EDA技术的硬件描述语言主要有VHDL语言，VHDL语言具有较强的多层次仿真模拟能力和行为描述能力，系统程序的结构较为规范，而且系统设计的效率较高。VHDL采用的是自顶向下的设计思想，系统的顶层属于结构设计，采用VHDL描述电路的行为，进行仿真、纠错，在系统级进行验证，然后通过逻辑综合优化工具来生成具体的门级逻辑电路网表，并将其下载到CPLD器件中。频率计是将CPLD 器件和VHD语言二者相结合设计而成的，采用EDA技术设计频率计具有较小的芯片体积和较为灵活的设计方法。 　　2 EDA技术系统的设计流程 　　采用EDA技术设计系统时，系统的一般设计思路如下所示：设计系统功能、进行软件模拟、编程下载。采用EDA技术设计系统时，系统的具体设计步骤如下所示：编译软件、化简逻辑、将逻辑综合处理、优化仿真、对系统设计进行布线布局、适配逻辑、影射逻辑、程序下载，最后是生成目标系统，这一开发研发过程是在相关软件开发平台和计算机上自动处理完成，EDA技术的设计流程如图1所示： 　　3 基于EDA技术频率计系统的工作原理 　　在信号传输过程中，频率信号具有较强的抗干扰能力，而且频率信号便于传输，与其他类型的信号相比频率信号的测量精度较高。频率指的是在单位时间内周期信号所重复的次数，，其中F指的是频率，在T秒的时间间隔内信号的重复次数为N次。由以上公式可以得出，只有解决时间标准和计数问题才能得到周期信号的频率，所以说时基电路和计数电路是计数器的重要组成部分，此外频率计还应该包括显示控制电路、电源等部分。在设计频率计时，应该采用一个具有较高稳定性的频率源作为基准时钟，通过对比频率源的频率来测量其他信号的频率。频率及设计原理如图2所示： 　　4 基于EDA技术频率计系统的分析与设计 　　通过采用硬件语言VHDL 自顶向下的设计方法来设计实现频率计，其中频率的显示控制电路和频率的测量电路是设计的核心内容，系统的辅助电路多通过使用硬件电路来实现完成。 频率计采用EP2C8Q208C8型号的FPGA芯片作为系统的核心电路。基于EDA技术的频率计系统主要是由基准频率信号电路、显示控制和频率测量电路、显示输出电路、电源电路构成的，对各部分电路作了如下介绍。 　　4.1 基准频率信号电路 　　在频率的测量操作中，需要系统提供时钟信号，此时钟信号是由基准频率信号电路提供的，该电路是由相应的硬件电路和晶振管所组成的系统，频率计的内部计数器输入系统的频率信号是由时钟脉冲信号提供的，在信号发生器输入工作时还可以为硬件电路提供时钟频率信号。基准频率信号电路主要由振荡器、分频电路两部分构成。 　　4.2 显示控制和频率测量电路 　　显示控制和频率测量电路包括显示控制和频率测量两部分，频率测量电路采用的是多周期同步测量方法，采用