科 一科Ｉ技ｌ论ｌ坛 谭华 种基于ＶＨＤＬ语言的频率计的设计与实现 （邢台职业技术学院电气系，河北邢台０５４０３５） 摘要：采用ＶＨＤＬ语言，运用自顶向下的设计思想，将系统按功能逐层分割的层次化设计方法，使用ＭＵＸ＋ｐｌｕｓ２集成开发环境进行编辑，实 现频率计的设计。给出了基于ＶＨＤＬ语言的频率计的设计的顶层设计方框图。 关键词：ＶＨＤＬ；自预向下；频率计 ＳＰＬＡＹ。其系统方块图如图２所示。 相比传统的电路系统的设计方法，ＥＤＡ技 ＤＩ术采用硬件描述语言描述电路系统，包括电路 的结构、行为方式、逻辑功能及接口。ＶＨＤＬ具 有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶 向下和基于库的设计特点。设计者不必了解硬 件结构。从系统设计人手，在顶层进行系统方框 图的划分和结构设计，在方框图一级用ＶＨＤＬ 对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然 后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优 化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载 到具体的ＣＰＬＤ器件中去，从而实现可编程的 ＡＳＩＣ的设计 测信号作为计数脉冲，通过计数器实现其对被 运用现代电子设计工具，采用ＶＨＤＬ语言 在ＣＰＬＤ器件上实现频率计的设计，能够进行 ４位十进制数字显示，其频率测量范围为１Ｏ～ ９９９９ｋＨｚ，测量单位为ｋＨｚ。量程能够自动转换 （即测几十到几百千赫兹（ｋＨｚ）时有小数点显 示，前者显示小数点后２位，后者显示小数点后 １位）。具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。 １设计原理 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高 的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的 频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲 个数，此时我们称闸门时间为１ｓ。闸门时间也 可以大于或小于１ｓ。闸门时间越长，得到的频 率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频 率的间隔就越长 。闸门时间越短，测得频率值 刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。 根据频率计的原理，考虑到频率计设计的 要求，频率计设计的总体框图如图１所示。 图２频率计系统方块图 ２．１防抖电路 测信号的计数功能。 在此电路中，令时钟周期大于欲滤去的窄 ３仿真波形 脉冲宽度，经过电路处理，只有宽脉冲被识别， 仿真波形图如图３所示。 窄脉冲滤去。 ２．２显示模 块 显示模块 采用分时复用 的方式逐个扫 描，对几个显示 模块逐个扫描 进行显示，显示 图３仿真波形图 模块的选择信号通过模四计数器来实现。 ４ ＦＰＧＡ实现 ２．３分频模块 本设计选用Ａｌｔｅｒａ公司的ＥＰＭ７１２８ｓＬＣ８４ 频率计只占该芯片部分资 由于所选时钟信号为２０ＭＨｚ时钟信号，通 ６ ＦＰＧＡ芯片实现，过分频电路产生片选信号，防抖动电路周期信 源，其余资源作为它用。 结语 号，闸门信号。所谓的分频器实际上就是一个计 —图１频率计设计的总体框图 ２设计思路 在设计考虑中将时钟分到５Ｈｚ，形成一个 固定的０．２ｓ的闸门时间，被测信号通过０．Ｉｓ的 闸门进入计数器进行计数，而在０．１ｓ的低电平 内不计数，将计数器清零，以便下一次计数。为 满足题意，被测信号为几十千赫兹（ＫＨＺ）时，显 示＃＃．＃＃ｋＨｚ；被测信号为几百千赫兹（ｋＨｚ）时， 显示＃槲．＃ｋＨｚ；被测信号为几千千赫兹（ｋＨＺ） 时，显示堋＃非Ｈｚ。采用时分复用的方法控制４ 个数码管的显示。 该系统共有５个模块组成，分别为分频模 块ＤＩＶＩＤＥＦＲＥ４、防抖电路ＤＥＢＯＵＮＣＥ、计数 模块ＦＲＥＴＥＳＴ、锁存器模块ＦＲＥＬＡＴＣＨ和 数器，计数器对２０ＭＨｚ信号进行计数，每当计 数到４９９９９时输出一个脉冲信号，从而得到 ４００Ｈｚ时钟信号，又以４００Ｈｚ时钟信号作为脉 冲信号，经过一个２分频电路得到２００Ｈｚ时钟 信号作为显示模块的片选信号。以２００Ｈｚ时钟 信号作为脉冲信号，经过一个８分频电路得到 ２５Ｈｚ时钟信号作为防抖动电路的周期信号。以 ２００Ｈｚ时钟信号作为脉冲信号，经过一个４Ｏ分 频电路得到５Ｈｚ时钟信号作为闸门信号。 ２．４锁存器模块 锁存器模块的主要作用是将计数模块的各 项输出值锁存，设置锁存器的好处是显示的数 据稳定。复位信号有效时对锁存器清零，闸门信 号到来时对数据进行锁存。 ２．５计数模块 计数模块用于对被测信号进行计数，以被 本设计实现了频率计的设计，在ＥＤＡ试验 开发平台上，利用ＥＰＭ７１２８ＳＬＣ８４—６ ＦＰＧＡ芯 片产生所需的数据，再通过数码管显示输出，试 验表明其性能良好。采用这样的设计可以简化 硬件的开发和制造过程，而且使硬件体积大大 减小，并提高了系统的可靠性。同时在基本电路 模块基础上，不必修改硬件电路，通过修改 ＶＨＤＬ源程序，增加一些新功能，满足不同用户 的需要，实现数字系统硬件的软件化。 参考文献 『１］顾斌，赵明忠，姜志鹏．数字电路ＥＤＡ设计 『Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００４：６—７． ［２】赵鑫，蒋亮，齐兆群．ＶＨＤＬ与数字电路设计 ｆＭ１．北京：机械工业出版社，２００５：１０６—１０９． 作者简介：谭华，男，助教，邢台职业技术学 院电气系教师。 一１８—
