实 验 报 告
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目录
一、实验名称： ............................................................................................................................... 3 二、实验目的： ............................................................................................................................... 3 三、实验任务： ............................................................................................................................... 3 四、实验原理： ............................................................................................................................... 3
1.分频器： ................................................................................................................................ 4
① 功能 ............................................................................................................................. 4 ② 实现： ......................................................................................................................... 4 2.闸门选择 ................................................................................................................................ 5
① 功能 ............................................................................................................................. 5 ② 实现 ............................................................................................................................. 5 3.门控电路： ............................................................................................................................ 6
① 功能： ......................................................................................................................... 6 ② 实现 ............................................................................................................................. 7 4.计数器： ................................................................................................................................ 8
① 功能 ............................................................................................................................. 8 ② 实现 ............................................................................................................................. 8 5.锁存器： ................................................................................................................................ 9
① 功能 ............................................................................................................................. 9 ② 实现 ............................................................................................................................. 9 6.扫面显示 ................................................................................................................................ 9
① 功能 ............................................................................................................................. 9 ② 实现 ............................................................................................................................. 9 7.top顶层文件........................................................................................................................ 10
① 功能： ....................................................................................................................... 10 ② 实现： ....................................................................................................................... 10 8.管脚的配置： ...................................................................................................................... 11 六、误差分析： ............................................................................................................................. 13
1. 原因 .................................................................................................................................. 13 2.减小误差 .............................................................................................................................. 13 七、实验结论： ............................................................................................................................. 14 八、程序附录： ............................................................................................................................. 14
1.分频器： .............................................................................................................................. 14 2.闸门选择： .......................................................................................................................... 15 3.门控电路： .......................................................................................................................... 16 4.计数器： .............................................................................................................................. 17 5.锁存器： .............................................................................................................................. 19 6.扫面显示： .......................................................................................................................... 20 7.top程序： ........................................................................................................................... 21
一、实验名称：基于FPGA的数字频率计的设计
二、实验目的：学习VHDL语言并使用它完成频率计的设计，使学生不断
的加深对VHDL描述语言的掌握，以及不断总结由软件来实现硬件的特点，学会程序与芯片的对接，为以后的工作和更进一步的学习学习打好基础。
三、实验任务： 基于FPGA采用硬件描述语言VHDL，在软件开发平台
ISE上设计出一个数字频率计，使用ModelSim仿真软件对VHDL程序做仿真并下载到芯片完成实际测量。要求：其频率测量范围为10Hz～10MHz，测量结果用6只数码管显示。有三个带锁按键开关(任何时候都只能有一个被按下)被用来选择1S、0.1S和0.01S三个闸门时间中的一个。有两只LED，一只用来显示闸门的开与闭，另一只当计数器溢出时做溢出指示。
四、实验原理：
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（本实验采用50MHz的石英振荡器作为基准时钟），对比测量其他信号的频率。通常情况下计数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，但测得的频率精准度会受到影响。
频率是指周期性信号在单位时间(一秒)内变化的次数。若在一定时间T内计得这个周期信号变化的次数为N，则其频率可表达：
f=N/T
所以将N和T分别测量出来即可得出测量频率。因此需要的模块有：计数器、基准时钟、门控电路，由此得出基本原理图如下所示：
工作原理：
把被测信号①(以正弦波为例)通过脉冲形成电路转变成脉冲②(实验室直接测量方波，即相当于跳过放大整形)其重复频率等于被测频率，,然后将它加到闸