實驗四簡單頻率計的制作

1、一 實驗目的1熟悉Quarters-II軟件的使用方法；2.了解VHDL語言編程；3.了解基本的自頂向下模塊化設計思想；4.設計頻率計并在軟件上進行仿真；二設計的基本原理 2.1基本原理：數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號的頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或者其他周期性變化的信號，它的基本原理是時基信號發(fā)生器提供標準的時基脈沖信號，若其周期為1s則門控電路的輸出信號持續(xù)時間亦準確到1s。閘門電路有標準秒信號控制，當秒信號到來時閘門開通，信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路，秒信號結束時閘門關閉，計數(shù)器停止計數(shù)，由于計數(shù)器記得脈沖數(shù)N的是一秒內(nèi)的累積數(shù)，所以被測頻率是NHZ。閘門時間可以取大于或者

2、小于1秒的值，測得的頻率時間間隔與閘門時間的取值成正比，在這里取的閘門時間為1s。數(shù)字頻率計由分頻器，片選電路，計數(shù)器，鎖存器，譯碼電路和顯示電路作為主要組成部分。三實驗內(nèi)容及步驟 在Quarters-II軟件中采用文本編輯的方式（VHDL），生成如下各個模塊的元器件。編譯完成后點擊file - creat/update - creat symbol files for current file .注意工程名與實體名要相同。3.1分頻電路模塊 分頻器在總電路中有兩個作用。由總圖框圖中分頻器有兩個輸出，一個給計數(shù)器，一個給鎖存器。時鐘信號經(jīng)過分頻電路形成了20分頻后的門信號。另一個給鎖存器作鎖存

3、信號，當信號為低電平時就鎖存計數(shù)器中的數(shù)。分頻模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity fen isport(clk:in std_logic; q:out std_logic);end fen;architecture fen_arc of fen isbeginprocess(clk)variable cnt:integer range 0 to 9;variable x:std_logic;beginif clk'event and clk='1' then if cnt<9 then cnt

4、:=cnt+1; else cnt:=0;x:=not x;end if; end if; q<=x;end process;end fen_arc;分頻電路圖如圖2.1 圖3.1 分頻電路圖3.2片選信號電路模塊 這個電路有兩個用途：一是為后面的片選電路產(chǎn)生片選信號，二是為譯碼模塊提供選擇脈沖信號。片選信號模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sel isport(clk:in std_logic; q:out std_logic_vector(2 do

5、wnto 0);end sel;architecture sel_arc of sel isbeginprocess(clk)variable cnt:std_logic_vector(2 downto 0);beginif clk'event and clk='1' then cnt:=cnt+1;end if;q<=cnt;end process;end sel_arc;電路圖如圖2.2圖3.2 片選信號電路圖3.3計數(shù)器模塊 計數(shù)器模塊為該電路中的核心模塊，它的功能是：當門信號為上升沿時，電路開始計算半個周期內(nèi)被測信號通過的周期數(shù)，到下升沿后結束。然后送給鎖

6、存器鎖存。計數(shù)器模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity corna isport(clr,sig,door:in std_logic; alm:out std_logic; q3,q2,q1,q0,dang:out std_logic_vector(3 downto 0);end corna;architecture corn_arc of corna isbeginprocess(door,sig)variable c3,c2,c1,c0:std_logic_v

7、ector(3 downto 0);variable x:std_logic;begin if sig'event and sig='1' then if clr='0' then alm<='0'c3:="0000"c2:="0000"c1:="0000"c0:="0000" elsif door='0' then c3:="0000"c2:="0000"c1:="0000"c

8、0:="0000" elsif door='1' then if c0<"1001" thenc0:=c0+1; elsec0:="0000"if c1<"1001" thenc1:=c1+1;else c1:="0000"if c2<"1001" thenc2:=c2+1;elsec2:="0000"if c3<"1001" thenc3:=c3+1;elsec3:="0000&quo

9、t;alm<='1'end if; end if; end if; end if; end if;if c3/="0000" then q3<=c3;q2<=c2;q1<=c1;q0<=c0;dang<="0100" elsif c2/="0000" then q3<="0000"q2<=c2;q1<=c1;q0<=c0;dang<="0011" elsif c1/="0000" thenq3&

10、lt;="0000"q2<="0000"q1<=c1;q0<=c0;dang<="0010" else q3<="0000"q2<="0000"q1<="0000"q0<=c0;dang<="0001"end if; end if;end process; end corn_arc;計數(shù)器電路圖如圖2.3所示：圖3.3 計數(shù)器電路圖3.4鎖存器模塊 在分頻信號的下降沿到來時，鎖存器將計數(shù)器的信號鎖存，然

11、后送給編譯模塊中。鎖存器模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity lock isport(l:in std_logic; a4,a3,a2,a1,a0:in std_logic_vector(3 downto 0); q4,q3,q2,q1,q0:out std_logic_vector(3 downto 0);end lock;architecture lock_arc of lock isbegin process(l) variable t4,t3,t2,t1,t0:std_logic_vector(3 downto 0)

12、;beginif l'event and l='0' thent4:=a4;t3:=a3;t2:=a2;t1:=a1;t0:=a0;end if;q4<=t4;q3<=t3;q2<=t2;q1<=t1;q0<=t0;end process;end lock_arc;電路圖如圖2.4所示：圖 3.4 鎖存器電路圖3.5譯碼信號模塊 此模塊是對四個鎖存器進行選擇，按順序的將四個鎖存器中的數(shù)值送給譯碼模塊中譯碼。譯碼信號模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity ch isport(

13、sel:in std_logic_vector(2 downto 0); a3,a2,a1,a0,dang:in std_logic_vector(3 downto 0); q:out std_logic_vector(3 downto 0);end ch;architecture ch_arc of ch isbeginprocess(sel)begincase sel iswhen "000"=>q<=a0;when "001"=>q<=a1;when "010"=>q<=a2;when &qu

14、ot;011"=>q<=a3;when "111"=>q<=dang;when others=>q<="1111"end case;end process;end ch_arc;電路圖如圖2.5圖3.5 譯碼信號電路圖3.6片選模塊 該模塊接收到片選信號后，輸出給顯示器，選擇顯示那個顯示管。片選模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity ym isport(d:in std_logic_vector(2 downto 0); q:out std_

15、logic_vector(7 downto 0);end ym;architecture ym_arc of ym isbeginprocess(d)begincase d iswhen "000"=>q<="00000001"when "001"=>q<="00000010"when "010"=>q<="00000100"when "011"=>q<="00001000"when &q

16、uot;100"=>q<="00010000"when "101"=>q<="00100000"when "110"=>q<="01000000"when "111"=>q<="10000000"when others=>q<="00000000"end case;end process;end ym_arc;電路圖如圖2.6所示：圖3.6 片選電路圖3.7譯碼模塊譯

17、碼模塊的作用就是將譯碼信號模塊中選擇出的信號進行譯碼，并將其送給顯示器。譯碼器模塊的程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity disp isport(d:in std_logic_vector(3 downto 0); q:out std_logic_vector(6 downto 0);end disp;architecture disp_arc of disp isbeginprocess(d)begincase d iswhen "0000"=>q<="0111111"when

18、 "0001"=>q<="0000110"when "0010"=>q<="1011011"when "0011"=>q<="1001111"when "0100"=>q<="1100110"when "0101"=>q<="1101101"when "0110"=>q<="1111101"when "0111"=>q<="0100101"when "1000"=>q<="1111111"when "1001"=>q<="1101111"when others=>q<="0000000"end case;end process;end disp_arc;路圖如圖2.7所示：圖3.7 譯碼電路圖3.8 各個模塊生成后，新建一個文件夾將每個模塊生成