实验报告_频率计

数字逻辑与处理器基础实验

频率计

实验报告

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姓名： 熊志伟 学号： 2012011250 班级： 无21 组号：

S2

频率计

目录

实验八：频率计 ............................................................................................................................... 3 一、 实验目的 ........................................................................................................................... 3 二、 实验内容 ........................................................................................................................... 3

(一) 设计方案 ....................................................................................................................... 3

1. 待测信号产生模块 ................................................................................................... 3 2. 分频模块 ................................................................................................................... 4 3. 计数器模块 ............................................................................................................... 4 4. 16位锁存器模块 ...................................................................................................... 5 5. 控制信号产生模块 ................................................................................................... 6 6. 译码模块 ................................................................................................................... 7 7. 扫描模块 ................................................................................................................... 8 (二) 仿真结果 ....................................................................................................................... 9 (三) 实验硬件调试 ............................................................................................................. 10

1. 面积与速度的关系清单 ......................................................................................... 10 2. 综合电路图 ............................................................................................................. 12 3. 实验调试结果 ......................................................................................................... 12

三、 实验总结 ......................................................................................................................... 13

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实验八：频率计

一、 实验目的

 掌握频率计的原理和设计方法

二、 实验内容 (一) 设计方案

 频率计用于对一个未知频率的周期信号进行频率测量，在1s内对信号周期进行计数，

即为此周期信号的频率。

 频率计内部实现框图如下所示，其内部包括频率量程处理模块（10 分频）、时钟频率产

生模块、控制信号产生模块、十进制计数器模块、锁存器模块、译码显示模块等。

下面对几个模块分别作出阐释。

1. 待测信号产生模块

系统时钟信号为100MHz，利用不同的分频比将系统时钟分成四组不同的待测信号：3125Hz，6250Hz，50Hz，12500Hz。将以上四组信号作频率计的输入。 具体代码如下，代码文件为siginput.v

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2. 分频模块

产生三个不同的分频比，其中两个将系统时钟分为1Hz信号和1KHz信号，分别作为计数时钟和扫描时钟；另一个分频比为10，用于高量程下的测量。 具体代码如下，代码文件为divider.v

3. 计数器模块

这是一个四位十进制的计数器，当待测信号的上升沿来临，在使能信号enable有效，复位信号reset无效时开始计数。

具体代码如下，代码文件为counter.v

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4. 16位锁存器模块

输入为计数器产生的16位输出，lock信号（高电平）有效时输出锁定，否则，输出透明显示计数器值。

具体代码如下，代码文件为latch_16bits

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5. 控制信号产生模块

产生计数器的使能信号enable（高电平有效）、复位清零信号reset（低电平有效）以及锁存器的锁存信号lock（高电平锁存，低电平透明输出）。此模块的输入时钟信号，考虑到计数时间问题，没有采用1Hz的counter_clk信号，采用了1KHz的scanning_clk信号，在时钟的上升沿触发。故而，计数时要计1000个scanning_clk周期。每个计数周期（1000个scanning_clk周期），此模块中产生的三个控制信号是一个循环，流程如下：

 第一个时钟上升沿到来时

 第二个时钟上升沿到来时

复位清零。

 第三个时钟上升沿到来时

开始计数。

 第1003个时钟上升沿到来时

计数满1000次，停止计数。  第1004个时钟上升沿到来时

锁存器透明输出。

 循环上述过程，不断检测待测信号频率

具体代码如下，代码文件为control.v

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6. 译码模块

搭建七段译码器（本实验要求是八位输出，将小数点位置1即可），对于输入的4bit数据，该译码器能即时地翻译为相应的数字显示出来。真值表如下：

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具体代码如下，代码文件为segment_4to7.v

7. 扫描模块

接下来需要利用上述译码器，结合扫描功能，能让四个数码管显示出给定的四个（不一定相同的）数字。其中，扫描电路驱动每一位的阳极信号和相应的阴极模式，以高于人眼能察觉的速率不断扫描更新（本实验中为1KHz）。每一位数字被点亮的时间只有四分之一，但由于眼睛在数字变亮之前感觉不到数字变暗过程，因此感觉数字一直都是亮的。借助此方法，可以仅用一套数据的输入端口而显示出看起来不同的四个数字。扫描电路时序关系如下：

具体代码如下，代码文件为scanning_clk

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(二) 仿真结果

低量程，显示的结果为3125Hz.

低量程，显示的结果为6250Hz

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(三) 实验硬件调试

1. 面积与速度的关系清单

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2. 综合电路图

3. 实验调试结果

经助教验收，实验调试结果正常。

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三、 实验总结

这是本课程的第一个综合实验，总的来说，难度有点大，耗费时间较多。 该实验的特点是，涉及多个模块，所用到的知识比较综合，比较全面。我一开始写代码时，先把整个实验分成几个相应的小模块，然后一个一个写，最后综合调试。但是，我并没有在写完每个模块后分别进行调试，这也导致我最终耗费了大量的时间在debug.开始用modelism仿真时，发现波形不对，于是开始查找代码错误，由于模块太多，根本不知道哪里错了。就这样一边检查，一边修改，一边调试，可是最后仿真出来的波形还是不对。再后来，由于仿真太耗时间了，我直接用开发板进行综合调试，综合的结果正确。但，开发板上的数码管全为0，而且根本就不知道哪里出错了。没办法，又开始用modelism仿真，这次的仿真一直从下午持续到晚上，我几乎对所有的信号进行了监测，分析，修改，最终，在巨大的努力下，终于调试成功。

最后，只想说，这次实验做得真是不容易……

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