基于FPGA的等精度频率计设计_毕业设计.doc

PAGE II PAGE III 毕业设计 基于FPGA的等精度频率计设计 本频率测量仪是以Altera公司生产的CycloneII系列EP2C35F672C6器件为核心实现高精度计数功能。整个电路采用模块化设计，调试制作方便。经过仿真并下载验证，能够实现等精度测频功能，频率测量范围为1HZ--200 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 2.1 EDA的具体开发流程 3 2.1.1设计输入 3 2.1.2综合 3 2.1.3 适配 4 2.1.4 仿真 4 2.1.5 编程下载和硬件测试 4 2.2简介NIOS II IDE 4 2.2.1工程管理器 5 2.2.2 编辑器和编译器 6 2.2.3调试器 6 2.2.4闪存编程器 7 3 课题方案选择 8 3.1 频率测量方案选择 8 3.1.1 直接测频法 8 3.1.2 间接测频法 8 3.1.3 等精度测频 9 3.2 基于单片机的测频方案 10 3.3 基于FPGA的测频方案 11 4 基于FPGA等精度频率计的单元模块设计 13 4.1 放大整形模块设计 13 4.2 标准信号产生模块设计 14 4.3 FPGA芯片模块设计 14 4.3.1 D型触发器的设计 15 4.3.2 计数器的设计 16 4.3.3 锁存器的设计 19 4.3.4 NIOS II 软核CPU的设计 20 4.4 LCD液晶显示模块 23 5 系统综合及其测试 24 5.1 放大整形模块 24 5.2等精度计数模块 24 5.3 整体系统 25 5.4 软件编写与测试 27 5.5 系统的扩展 33 5.5.1 分频器设计 33 5.5.2 选择器设计 35 6 总结 38 致 谢 39 参 考 文 献 40 1 绪论 1.1 课题提出的背景 现代数字系统的设计离不开各种先进的仪器，比如数字示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、信号发生器、数字频率计等。数字频率计是一种及其常用的工具，用于检测输入周期信号的频率。随着大规模集成电路的发展，很多芯片内部也集成了数字测频单元，大大增强了芯片处理数字信号的能力。数字频率计广泛应用于航天、电子、测控等领域。例如，在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。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。采用等精度频率测量方法具有测量精度保持恒定的特点。 数字化是电子设计的必由之路。EDA技术即以计算机为工具，EDA是Electronic Design Automation（电子设计自动化）的简称。它是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。在 Quartus II软件平台上，根据硬件描述语言（VHDL）描述的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真、直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。设计者只要利用软件完成对硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下和应用相应的PLD器件，就可以得到最后的设计结果。尽管，目标器件是硬件，但整个设计是软件控制流程。由于FPGA是纯硬件结构，具有较强的抗干扰能力。 NIOS II是Altera针对其FPGA设计的嵌入式软核处理器，它只占芯片内部很少的一部分逻辑单元和存储资源，成本很低，具有上百兆的性能，灵活的自定义指令集和自定义硬件加速单元，以及友好的图形化开发环境NIOS II IDE。 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程逻辑器件，EDA技术，SOPC等新概念和新技术层出不穷，新技术的应用迅速渗透到电子、通信、信息、汽车制造等领域，有力的推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。 1.2 课题选择意义 基于FPGA的等精度频率计有运算速度快、系统较稳定、测量范围广等特点。其中主要应用到EDA(电子设计自动化)技术。伴随着集成电路技术的发展，EDA逐渐成为重要的设计手段。已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。EDA是一种实现电系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术、微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数必威体育精装版研究成果，以高性能的计算机为工作平台，促进了工程发展。 本设计利用FPGA进行测频