【文章內(nèi)容簡介】 ，使用語言編寫的電路清晰易讀。低層編輯仍然采用 Chipview 方式，引腳排列位置映射了實際器件引腳，只要簡單地鼠標(biāo)拖放即可完成低層編輯。(2)支持的器件更多除了支持 MAX3000、MAX7000、FLEX6000、FLEX10KE、ACEX1K 等MAX+PLUSII 已經(jīng)支持的器件外，還支持PEX20K、APEX20KE、AREXII、EXCALIBURARM、Mercury 、Stratix 等MAX+PLUSII 下無法支持的大容量高性能的器件。(3)增加了網(wǎng)絡(luò)編輯功能QuartusII 支持一個工作組環(huán)境下的設(shè)計要求，包括支持基于 Inter 的協(xié)作設(shè)計，與 Cadence、ExemplarLogi、MentorGraphics、Synopsys 和 Synplicity 等 EDA 供應(yīng)商的6開發(fā)工具相兼容。(4)提升了調(diào)試能力QuartusII 增加了一個新的快速適配編譯選項，可保留最佳性能的設(shè)置，加快了編譯過程，可縮短 50%的編譯時間，對設(shè)計性能的影響小。(5)不足之處軟件結(jié)構(gòu)龐大，使用復(fù)雜，不如 MAX+PLUSII 簡單、易學(xué)易用。2. 頻率測量 數(shù)字頻率計工作原理概述數(shù)字頻率計的設(shè)計原理實際上是測量單位時間內(nèi)的周期數(shù)。 這種方法免去了實測以前的預(yù)測，同時節(jié)省了劃分頻段的時間，克服了原來高頻段采用測頻模式而低頻段采用測周期模式的測量方法存在換擋速度慢的缺點。采用一個標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)時鐘，在單位時間(1s)里對被測信號的脈沖數(shù)進行計數(shù)，即為信號的頻率。由于閘門的起始和結(jié)束時刻對于信號來說是隨機的，將會有一個脈沖周期的量化誤差。進一步分析測量準(zhǔn)確度：設(shè)待測信號脈沖周期為 Tx,頻率為 Fx，當(dāng)測量時間為 T=1s 時，測量準(zhǔn)確度為＆=Tx/T=1/Fx 。由此可知直接測頻法的測量準(zhǔn)確度與信號的頻率有關(guān)：當(dāng)待測信號頻率較高時，測量準(zhǔn)確度也較高，反之測量準(zhǔn)確度也較低。因此直接測頻法只適合測量頻率較高的信號，不能滿足在整個測量頻段內(nèi)的測量精度保持不變的要求。 為克服低頻段測量的不準(zhǔn)確問題，采用門控信號和被測信號對計數(shù)器的使能信號進行雙重控制，大大提高了準(zhǔn)確度。當(dāng)門控信號為 1 時，使能信號并不為 1，只有被測信號的上升沿到來時，使能端才開始發(fā)送有效信號，兩個計數(shù)器同時開始計數(shù)。當(dāng)門控信號變?yōu)?0 時，使能信號并不是立即改變，而是當(dāng)被測信號的下一個上升沿到來時7才變?yōu)?0，計數(shù)器停止計數(shù)。因此測量的誤差最多為一個標(biāo)準(zhǔn)時鐘周期。當(dāng)采用100MHz 的信號作為標(biāo)準(zhǔn)信號時，誤差最大為 。計算每秒鐘內(nèi)待測信號脈沖個數(shù)。這就要求計數(shù)使能信號 TSTEN 能產(chǎn)生一個 1 秒脈寬的周期信號，并對頻率計的每一計數(shù)器 t10 的 ENA 使能端進行同步控制。當(dāng)TSTEN 為高電平時，允許計數(shù)；低電平時，停止計數(shù)，并保持其所計的數(shù)。在停止計數(shù)期間，首先需要一個鎖存信號 LOAD 的上跳沿將計數(shù)器在前 1 秒鐘的計數(shù)值鎖存進32 位鎖存器 REG32B 中，并由外部的譯碼器譯出并穩(wěn)定顯示。鎖存信號之后，必須由清零信號 CLR_CNT 對計數(shù)器進行清零，為下一秒鐘的計數(shù)操作做準(zhǔn)備。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，脈沖發(fā)生器提供的 1 Hz 的輸入信號，經(jīng)過測頻控制信號發(fā)生器進行信號的變換，產(chǎn)生計數(shù)信號，被測信號通過信號整形電路產(chǎn)生同頻率的矩形波，送入計數(shù)模塊，計數(shù)模塊對輸入的矩形波進行計數(shù)，將計數(shù)結(jié)果送入鎖存器中，保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，顯示譯碼驅(qū)動電路將二進制表示的計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠在數(shù)碼顯示管上可以顯示的十進制結(jié)果。在數(shù)碼顯示管上可以看到計數(shù)結(jié)果 [3]。頻率測量方案采用等精度頻率測量法，測量精度保持恒定，不隨所測信號的變化而變化。在快速測量的要求下，要保證較高精度的測頻，必須采用較高的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號。單片機受本身時鐘頻率和若干指令運算的限制，測頻速度較慢，無法滿足高速、高精度的測頻要求；而采用高集成度、高速的現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 為實現(xiàn)高速、高精度的測頻提供了保證。 等精度測頻原理等精度測頻方法是在直接測頻方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的閘門時間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步，因此，避除了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生177。1 個字誤差，并且達到了在整個測試頻段的等精度測量。其測頻原理如圖 所示。在測量過程中，有兩個計數(shù)器分別對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號同時計數(shù)。首先給出閘門開啟信號( 預(yù)置閘門上升沿)，此時計數(shù)器并不開始計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時，計數(shù)器才真正開始計數(shù)。然后預(yù)置閘門關(guān)閉信號(下降沿)到時，計數(shù)器并不立即停止計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才結(jié)束計數(shù)，完成一次測量過程。可以看出，實際閘門時間 t 與預(yù)置閘門時間 t1 并不嚴(yán)格相等，但差值不超過被測信號的一個周期 [4]。8圖 等精度測頻原理波形圖等精度測頻的實現(xiàn)方法可簡化為圖 所示。CNT1 和 CNT2 是兩個可控計數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從 CNT1 的時鐘輸入端 CLK 輸入；經(jīng)整形后的被測信號從 CNT2 的時鐘輸入端 CLK 輸入。當(dāng)預(yù)置門控信號為高電平時，經(jīng)整形后的被測信號的上升沿通過 D觸發(fā)器的 Q 端同時啟動 CNT1 和 CNT2。CNT CNT2 同時對標(biāo)準(zhǔn)頻率信號和經(jīng)整形后的被測信號進行計數(shù)，分別為 NS 與 NX。當(dāng)預(yù)置門信號為低電平的時候，后而來的被測信號的上升沿將使兩個計數(shù)器同時關(guān)閉，所測得的頻率為(F S/NS)*NX。則等精度測量方法測量精度與預(yù)置門寬度的標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測信號的頻率無關(guān)。在預(yù)置門時間和常規(guī)測頻閘門時間相同而被測信號頻率不同的情況下，等精度測量法的測量精度不變。圖 等精度測頻實現(xiàn)原理圖本章小結(jié)本章從各個方面說明了頻率計的工作原理，對等精度頻率計的實現(xiàn)，在理論上起到了作用。 3. 數(shù)字頻率計的系統(tǒng)設(shè)計與功能仿真 系統(tǒng)的總體設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，由系統(tǒng)時鐘提供的 100MHz 的輸入信號，經(jīng)過信號源模塊，9先通過 100 分頻產(chǎn)生 1MHZ 的時鐘信號，再將 1MHZ 的時鐘信號分頻產(chǎn)生多種頻率輸出，其中 1HZ 的輸出頻率被作為控制模塊的時鐘輸入，7812HZ 的輸出頻率被作為顯示模塊的時鐘輸入，由控制模塊產(chǎn)生的計數(shù)使能信號 testen 和清零信號 clr 對計數(shù)模塊進行控制，而由其產(chǎn)生的鎖存信號 load 對鎖存模塊進行控制，一旦計數(shù)使能信號為高電平，并且時鐘上升沿到來，計數(shù)器便開始正常計數(shù)，清零信號到來則計數(shù)清零，而當(dāng)鎖存信號為高電平時，數(shù)據(jù)便被鎖存器鎖存，然后將鎖存的數(shù)據(jù)輸出到顯示模塊顯示出來，數(shù)據(jù)鎖存保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，顯示譯碼驅(qū)動電路將二進制表示的計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠在數(shù)碼顯示管上可以顯示的十進制結(jié)果。在數(shù)碼顯示管上可以看到計數(shù)結(jié)果。數(shù)字頻率計的原理框圖如圖 所示。主要由 5 個模塊組成，分別是：信號源模塊、控制模塊、計數(shù)模塊、鎖存器模塊和顯示器模塊 [6]。圖 數(shù)字頻率計的原理框圖根據(jù)數(shù)字頻率計的系統(tǒng)原理，t 控制信號發(fā)生器。testctl 的計數(shù)使能信號 testen能產(chǎn)生一個 1 s 寬的周期信號，并對頻率計的每一計數(shù)器 Cnt10 的 ENA 使能端進行同步控制：當(dāng) testen 高電平時允許計數(shù)、低電平時停止計數(shù)。reg32b 為鎖存器。在信號 load 的上升沿時，立即對模塊的輸入口的數(shù)據(jù)鎖存到reg32b 的內(nèi)部，并由 reg32b 的輸出端輸出，然后，七段譯碼器可以譯碼輸出。在這里使用了鎖存器，好處是可以穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，不會由于周期性的清零信號而不斷閃爍。 Cnt10 為十進制計數(shù)器。有一時鐘使能輸入端 ENA，用于鎖定計數(shù)值。當(dāng)高電平時允許計數(shù)，低電平時禁止計數(shù)。將八個十進制計數(shù)器 Cnt10 級聯(lián)起來實現(xiàn) 8 位十進制計數(shù)功能 [2，7] 。10 disply 為七段譯碼顯示驅(qū)動電路，可以將頻率計數(shù)的結(jié)果譯成能在數(shù)碼管上顯示的相對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字，便于讀取測量的結(jié)果。為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能，測頻控制信號發(fā)生器 testctl、計數(shù)器 Cnt鎖存器 reg32b 存在一個工作時序的問題，設(shè)計時需要綜合考慮。8位數(shù)字頻率計的頂層框圖（ ），設(shè)計實現(xiàn)包括信號源模塊（F1MHZ、CNT ）、頻率計模塊（FREQ ）和顯示模塊（display）三大模塊。下面分別介紹三個模塊的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法。 信號源模塊信號源是為了產(chǎn)生 1MHz 的門控信號和待測的定頻信號，而對輸入系統(tǒng)時鐘clk（50MHz）進行分頻的模塊，設(shè)計源代碼 對輸入系統(tǒng)時鐘clk（50MHz）進行分頻產(chǎn)生 1MHz 信號。PIN1MHZ 的封裝圖如 所示，圖中 CLKIN 為接入的 100MHZ 信號，圖中CLKOUT 為接到 CNT 的 CLK 的 1MHZ 的信號。clkin clkoutPIN1MHZ_1inst PIN1MHZ封裝圖PIN1MHZ 的工作時序仿真圖如圖 所示。圖 信號源模塊仿真圖從 PIN1MHZ 的工作時序仿真圖可以看出：由系統(tǒng)時鐘提供的 100MHz 的輸入信號，經(jīng)過信號源模塊，通過 100 分頻產(chǎn)生 1MHZ 的時鐘信號，達到了設(shè)計所需的預(yù)期效果。 分頻器此程序要求將1MHZ的輸入頻率分別進行2 1分頻(產(chǎn)生500KHZ 的輸出頻freq500k)、23分頻( 產(chǎn)生125 KHZ的輸出頻率 freq125k)、2 5 分頻 (產(chǎn)生31250HZ的輸出頻freq31250) 、1127分頻(產(chǎn)生7812HZ的輸出頻率freq7812)、2 9分頻(產(chǎn)生1953HZ的輸出頻率freq1953)、211分頻(產(chǎn)生488HZ 的輸出頻率freq488)、2 13分頻(產(chǎn)生1HZ的輸出頻率freq1)。 ，圖中CLK為PIN1MHZ輸入的1MHZ 信號，freq1為輸出給控制信號發(fā)生器的1HZ信號，7812HZ的輸出頻率freq7812被作為顯示模塊的時鐘輸入，freq 48freq195freq31250 、freq125K 、freq500K作為待測信號。clk freq1freq488freq1953freq7812freq31250freq125kfreq500ktinstCNT 的工作時序仿真圖如圖 所示。圖 CNT 的時序仿真圖當(dāng) 1MHZ 頻率波形輸入后，分別產(chǎn)生了設(shè)計所需要的 500KHZ 的輸出頻freq500k，125 KHZ 的輸出頻率 freq125k，31250HZ 的輸出頻 freq31250，7812HZ 的輸出頻率 freq7812，1953HZ 的輸出頻率 freq1953，488HZ 的輸出頻率 freq488，1HZ 的輸出頻率 freq1。 測頻控制信號產(chǎn)生器控制模塊的作用是產(chǎn)生測頻所需要的各種控制信號?？刂菩盘柕臉?biāo)準(zhǔn)輸入時鐘為1HZ,每兩個時鐘周期進行一次頻率測量。該模塊產(chǎn)生的 3 個控制信號，分別為TSTEN,LOAD, 信號用于在每次測量開始