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等精度數(shù)字頻率計(jì)的與仿真的畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料

2025-07-03 16:50本頁(yè)面
  

【正文】 9。039。139。 fb0=ci。g4=39。g3=39。g2=39。)then g1=39。 ——當(dāng)選擇2檔位時(shí),即對(duì)被測(cè)信號(hào)10分頻,使輸出信號(hào)與bi一致elsif(k3=39。039。039。139。039。139。 fb0=ai。g4=39。g3=39。g2=39。)then g1=39。 ——當(dāng)為系統(tǒng)的總體復(fù)位時(shí),所有的輸出均為低電平,無(wú)輸出elsif(k1=39。 fb0=39。g4=39。g3=39。g2=39。)then g1=39。architecture bhv of wx isbegin process(rst,k1,k2,k3,k4,ai,bi,ci,di)beginif(rst=39。 fb0:out std_logic)。 k1,k2,k3,k4:in std_logic。use 。end bhv。 ——完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的1000分頻,并由do輸出end if。 nu2:=0。end if。 ——完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的10分頻,并由bo輸出if(nu1=50)then co=not co。 nu:=0。nu2:=nu2+1。)then ——遇輸入信號(hào)脈沖的上升沿計(jì)數(shù) nu:=nu+1。event and fb1=39。 ——輸出的ao與輸入信號(hào)相同process(fb1) ——以輸入信號(hào)為敏感信號(hào)variable nu,nu1,nu2:integer range 0 to 1000。 ——輸出端口end fp。entity fp isport(fb1:in std_logic。 分頻程序library ieee。故本設(shè)計(jì)中選擇方案二的思路。其例化元件如下:圖33 計(jì)數(shù)模塊方案一的例化結(jié)構(gòu)圖整體電路的連接如下圖所示:圖34 計(jì)數(shù)模塊方案一的仿真結(jié)果方案二:將能夠?qū)崿F(xiàn)四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)的模塊用一段整體的硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),直接完成所需的計(jì)數(shù)功能。 END PROCESS。 END IF。 ELSE COUT=39。 IF CQI=1001THEN COUT=39。 END IF。)。 ELSE CQI:=(OTHERS=39。139。139。 ELSIF CLK39。039。139。ARCHITECTURE behave OF CNT10 ISBEGIN PROCESS(CLK,RST,EN) VARIABLE CQI:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 COUT:OUT STD_LOGIC)。ENTITY CNT10 IS PORT(CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC。USE 。方案一:將頻率計(jì)的四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)過程分別用四個(gè)相同的單個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),即首個(gè)計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端與次個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端相連,完成逐級(jí)計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)模塊的方案整個(gè)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)中,最核心的模塊即為對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)模塊。同樣能滿足所需功能。方案二:將被測(cè)信號(hào)分頻,如將1s的被測(cè)信號(hào)依次進(jìn)行1分頻、10分頻、100分頻、1000分頻,分別得到1s、10s、100s、1000s的分頻信號(hào)。在此時(shí)鐘的高電平計(jì)數(shù)周期下,得到相應(yīng)的被測(cè)信號(hào)頻率的實(shí)際顯示數(shù)值,然后需要對(duì)其乘以相應(yīng)的倍頻倍數(shù),100、1000。 換檔模塊的方案 本設(shè)計(jì)加入了可根據(jù)實(shí)際需求選擇不同檔位的功能,使最終的頻率顯示分為100、1000檔的不同選擇。由以上理論分析可知,上述兩方案均可實(shí)現(xiàn)要求,并且經(jīng)過實(shí)現(xiàn)仿真驗(yàn)證,二者都滿足設(shè)計(jì)需要。其例化后的結(jié)構(gòu)如下:圖31 時(shí)鐘模塊方案一的例化結(jié)構(gòu)圖仿真的波形如下圖所示:圖32 時(shí)鐘模塊方案一的仿真結(jié)果根據(jù)上圖所示,其能正確滿足所需設(shè)計(jì)要求。 end process。 end if。 clk1=39。 clk_counter=0。)then if(clk_counter=1)then clk1=39。event and clk=39。architecture div_clk of div_clk is signal clk_counter:integer range 0 to 1。 clk1:out std_logic)。use 。use 。方案一:。 根據(jù)此需求,即可將給定的輸入系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過若干合適的分頻均可得到所需的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。 3 頻率計(jì)系統(tǒng)方案的分析 根據(jù)在概述中,對(duì)本設(shè)計(jì)原理的分析,在本章中將詳細(xì)說(shuō)明對(duì)于第一章中方案一的設(shè)計(jì)思路。斷言語(yǔ)句(ASSERT)和報(bào)告語(yǔ)句(REPORT)用于仿真時(shí)給出的一些信息。子程序是具有某一特定功能的VHDL程序模塊,利用子程序能夠有效地完成重復(fù)性的工作。并行語(yǔ)句可以直接構(gòu)成結(jié)構(gòu)體,是最具有VHDL特色的語(yǔ)句 。順序語(yǔ)句只能出現(xiàn)在進(jìn)程和子程序中,仿真執(zhí)行順序與其書寫順序基本一致。 VHDL的語(yǔ)法(1)VHDL的語(yǔ)言要素是編程語(yǔ)句的基本要素,主要包含VHDL的文字規(guī)則、數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)類型、類型轉(zhuǎn)換、操作符等規(guī)定。(5)配置 配置(CONFIGURATION)可利用其從多個(gè)結(jié)構(gòu)體中每次為設(shè)計(jì)實(shí)體指定一個(gè)結(jié)構(gòu)體,通過比較每次仿真的結(jié)果,選出性能最佳的結(jié)構(gòu)體。(4)程序包程序包(PACKAGE)可用于收集被多個(gè)VHDL設(shè)計(jì)實(shí)體共享的數(shù)據(jù)類型、子程序或數(shù)據(jù)對(duì)象,使之適用于更一般的訪問和調(diào)用范圍。其信息可以是預(yù)先定義好的數(shù)據(jù)類型、子程序等設(shè)計(jì)單元的集合體(程序包),也可以是預(yù)先設(shè)計(jì)好的各種設(shè)計(jì)實(shí)體(元件庫(kù)程序包)。 一個(gè)實(shí)體可以有多個(gè)結(jié)構(gòu)體,但同一結(jié)構(gòu)體只有描述一個(gè)實(shí)體。(1)實(shí)體 實(shí)體(ENTITY)是VHDL設(shè)計(jì)的必要組成部分,是設(shè)計(jì)實(shí)體的表層設(shè)計(jì)單元。VHDL程序結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是,任何一個(gè)工程設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)實(shí)體都可分為內(nèi)外兩部分,外面的部分為可視部分,用實(shí)體來(lái)說(shuō)明端口特性;里面的部分為不可視部分,用結(jié)構(gòu)體來(lái)說(shuō)明其內(nèi)部功能和算法,由實(shí)際的功能描述語(yǔ)句組成。而庫(kù)、程序包和配置則可有可無(wú),設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要選用。 VHDL程序結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的VHDL程序通常包含庫(kù)(Library)、程序包(Package)、實(shí)體(Entity)、結(jié)構(gòu)體(Architecture)和配置(Configuration)5個(gè)組成部分。硬件描述語(yǔ)言HDL種類較多,常用的有VHDL、Verilog和ABEL等。 VHDL硬件描述語(yǔ)言 VHDL概述硬件描述語(yǔ)言的描述對(duì)象是待設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的邏輯功能、實(shí)現(xiàn)該功能的算法、選用的電路結(jié)構(gòu)及其他各種約束條件等。仿真分析需要輸入激勵(lì)信號(hào),重點(diǎn)檢查邏輯功能能否符合設(shè)計(jì)要求。為了實(shí)現(xiàn)正確的邏輯設(shè)計(jì),檢驗(yàn)過程是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過編譯器,可以實(shí)現(xiàn)邏輯綜合與試配、定時(shí)驅(qū)動(dòng)的編譯、設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查、多器件的劃分、自動(dòng)錯(cuò)誤定位、編程文件的產(chǎn)生等功能。層次設(shè)計(jì)的一般步驟:創(chuàng)建圖元;層次設(shè)計(jì);查看項(xiàng)目的設(shè)計(jì)層次。MAX+PLUSⅡ支持多級(jí)層次化設(shè)計(jì),每層中的設(shè)計(jì)文件可以是不同格式的設(shè)計(jì)文件。文本設(shè)計(jì)輸入的步驟:選擇File/Project/Name,打開“指定項(xiàng)目名稱”對(duì)話框,輸入設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱;在MAX+PLUSⅡ的New對(duì)話框選擇Text Editor File項(xiàng),并單擊Ok按鈕,打開一個(gè)無(wú)標(biāo)題的Text Editor窗口;在此文本編輯窗口下輸入由VHDL語(yǔ)言描述的文本文件;文本輸入完成后,可按圖形方式進(jìn)行保存,用AHDL語(yǔ)言輸入時(shí),,用VHDL語(yǔ)言輸入時(shí),用Verilog HDL語(yǔ)言描述時(shí)。VHDL和Verilog HDL是一種符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)硬件描述語(yǔ)言,特別適合于大型或復(fù)雜的設(shè)計(jì)。圖形設(shè)計(jì)輸入的步驟:指定設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱;建立一個(gè)新的設(shè)計(jì)文件;輸入圖元和宏功能符號(hào);建立和顯示導(dǎo)引線;移動(dòng)邏輯圖元或符號(hào);連線;命名、連線引腳;用名字來(lái)連接點(diǎn)和總線;保存文件并檢查基本錯(cuò)誤;形成一個(gè)默認(rèn)的邏輯符號(hào);關(guān)閉文件。 設(shè)計(jì)輸入(1)圖形輸入圖形輸入方式是使用MAX+PLUSⅡ提供的圖元和用戶自己創(chuàng)建的圖元件作為輸入單元輸入設(shè)計(jì)的原理圖,從而完成設(shè)計(jì)的輸入任務(wù)。 Options菜單 設(shè)置MAX+PLUSⅡ軟件本身的一些參數(shù)。File菜單 具有文件管理等功能。(2)菜單欄MAX+PLUSⅡ的菜單欄包括各種命令操作和參數(shù)設(shè)置,主要有MAX+PLUSⅡ、File、Assign、Options和Help等5個(gè)下拉菜單??梢酝ㄟ^設(shè)置Options/Preferences選項(xiàng)打開或關(guān)閉狀態(tài)欄。標(biāo)題欄 用來(lái)指明當(dāng)前編輯文件的名稱及路徑。 MAX+PLUSⅡ管理器MAX+PLUSⅡ的管理器是用戶啟動(dòng)MAX+PLUSⅡ時(shí)打開的第一個(gè)窗口,它對(duì)所有MAX+PLUSⅡ應(yīng)用功能進(jìn)行控制。編程驗(yàn)證 用后仿真確認(rèn)的配置文件經(jīng)EPROM或編程電纜配置CPLD,加入實(shí)際激勵(lì),進(jìn)行測(cè)試,以檢查是否完成預(yù)定功能。前仿真 此時(shí)為零延時(shí)模式,主要為檢驗(yàn)輸入是否有誤。(2)MAX+PLUSⅡ軟件設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)輸入項(xiàng)目編譯設(shè)計(jì)仿真器件編程系統(tǒng)測(cè)試設(shè)計(jì)修改圖21 MAX+PLUSⅡ軟件的設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)輸入 可以采用原理圖輸入、HDL語(yǔ)言描述、EDIF網(wǎng)表讀入及波形輸入等方式。器件編程 MAX+PLUSⅡ/Programmer是使用Compiler生成的編程文件對(duì)Altera器件進(jìn)行編程的,它可以用來(lái)對(duì)器件編程、校驗(yàn)、試驗(yàn),檢查是否空白以及進(jìn)行功能測(cè)試。設(shè)計(jì)處理 MAX+PLUSⅡ處理一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí),Compiler在設(shè)計(jì)文件中讀取信息并產(chǎn)生編程文件和仿真文件,定時(shí)分析程序(Timing Analyzer)可分析設(shè)計(jì)的定時(shí),信息處理程序(Message processor)可自動(dòng)定位錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)輸入 有多種方法,主要包括文本設(shè)計(jì)輸入方式、原理圖輸入方式、高級(jí)設(shè)計(jì)輸入方式、波形輸入方式、層次設(shè)計(jì)輸入方式和底層設(shè)計(jì)輸入方式。單擊OK按鈕,就可以正常使用MAX+PLUSⅡ軟件了。在MAX+PLUSⅡ的項(xiàng)目管理器界面中,選擇Options/License Setup菜單命令,打開其對(duì)話框。(2)軟件安裝 在Altera的官方網(wǎng)站上注冊(cè)用戶后,+PLUSⅡ軟件,按照提示可完成相應(yīng)安裝。豐富的圖形界面,可隨時(shí)訪問的在線幫助文檔,使用戶能夠快速輕松地掌握和使用MAX+PLUSⅡ軟件。它提供了與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境,支持FLEX、MAX、Classic系列器件,可在多種平臺(tái)上運(yùn)行。本論文以廣義頻率計(jì)的設(shè)計(jì)思路及過程進(jìn)行詳細(xì)介紹,對(duì)于狹義頻率計(jì)的設(shè)計(jì)將在附錄給出簡(jiǎn)要說(shuō)明。閘門時(shí)間越長(zhǎng),標(biāo)準(zhǔn)頻率越高,測(cè)頻的相對(duì)誤差就越小。由以上可知:δ=|ΔNs|/Ns≤1/Ns=1/(τ?fs)。 若忽略標(biāo)準(zhǔn)頻率fs的誤差,則等精度測(cè)頻可能產(chǎn)生的相對(duì)誤差為:δ=(|fxcfx|/fxe)*100%,其中,fxe為被測(cè)信號(hào)頻率的準(zhǔn)確值。被測(cè)信號(hào)預(yù)置閘門信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào) CNT1CLK OUT1CEN CNT2CEN OUT2CLKD Q 圖14 方案二實(shí)現(xiàn)的原理設(shè)在一次實(shí)際閘門時(shí)間t中計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為Nx,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為Ns。則等精度測(cè)量方法的測(cè)量精度與預(yù)置門寬度的標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān),與被測(cè)信號(hào)的頻率無(wú)關(guān)。CNTCNT2同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),分別為NS和NX。 CNT1和CNT2是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器,標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)從CNT1的時(shí)鐘輸入端CLK輸入,被測(cè)信號(hào)從CNT2的時(shí)鐘輸入端CLK輸入。分為100、1000檔的頻率顯示。方案一:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,提出廣義上等精度數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)實(shí)際方案。本設(shè)計(jì)從廣義和狹義兩個(gè)方面均進(jìn)行了測(cè)量頻率的討論。然后預(yù)置閘門關(guān)閉信號(hào)(下降沿)到時(shí),計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù),而是等到被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)才結(jié)束計(jì)數(shù),完成一次測(cè)量過程。在測(cè)量過程中,有兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)同時(shí)計(jì)數(shù)。它的閘門時(shí)間不是固定的值,而被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍,即與被測(cè)信號(hào)同步,因此避免了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)所產(chǎn)生177。從廣義上講,可對(duì)直接測(cè)頻法進(jìn)行改進(jìn),在完成簡(jiǎn)單的測(cè)量頻率的基礎(chǔ)上,增加多功能換檔,可實(shí)現(xiàn)在擴(kuò)展測(cè)頻范圍,提高測(cè)量精度,在不同的檔位下實(shí)現(xiàn)廣義的等精度測(cè)量。而采取等精度測(cè)頻法是針對(duì)以上所出現(xiàn)的問題提出來(lái)的相應(yīng)解決方案。為了保證測(cè)試精度,一般以中間頻率為界限,但是測(cè)量的精度均會(huì)隨頻率變化而變化。1個(gè)計(jì)數(shù)誤差,在被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)的測(cè)量精度就會(huì)很低;而對(duì)于直接測(cè)周期法來(lái)說(shuō),是由于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)器總存在177。但是這兩種測(cè)頻方法都有的共同缺點(diǎn)就是:閘門的開啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖的之間的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的,也就是說(shuō)這兩種方法的測(cè)量誤差主要是來(lái)自于對(duì)被測(cè)信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)誤差。三是等精度頻率測(cè)量法。此時(shí),設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的個(gè)數(shù)為N,頻率為,則有被測(cè)信號(hào)的頻率為: 與在分析直接測(cè)頻誤差時(shí)的方法是相似的,它的相對(duì)誤差是: 由上式可見,直接測(cè)周期時(shí)的誤差表達(dá)式與直接測(cè)頻的誤差表達(dá)式形式上是相似
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