Verilog-HDL语言-四位数字频率计-课程设计

课程设计说明书11、设计目的和要求1、设计一个4位十进制数字频率计。2、测量范围1~9999Hz，采用4位数码管显示，有溢出指示。3、量程有1KHz，1MHz两档，用LED灯指示。4、读数大于9999时，频率计处于超量程状态，发出溢出指示，下次量程，量程自动增大一档。5、读数小时，频率计处于前量程状态，下次测量，量程自动减小一档。6、采用记忆显示方式，在计数与显示电路中间加以锁存电路，每次计数结束，将计数结果送锁存器锁存，并保持到下一个计数结束。2、设计原理1、基本原理频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。这就要求sysclk能产生一个1s脉宽的周期信号，并对频率计的每一个计数器cntp的使能端进行同步控制。当clK_cnt高电平时允许计数，并保持其所计的数。在停止计数期间，首先需要一个锁存信号将计数器在前1s的计数值锁存进锁存器reg中，并由外部的7段译码器译出并稳定显示。原理图如图1-1图1-12、模块原理根据数字频率计的基本原理，本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实脉冲形成模块计数模块译码模块控制模块分频模块量程切换模块被测信号锁存清零使能基准信号课程设计说明书2现其功能，即整个数字频率计系统分为分频模块、控制模块、计数模块、译码模块和量程自动切换模块等几个单元，并且分别用VHDL对其进行编程，实现了闸门控制信号、计数电路、锁存电路、显示电路等。3、设计内容1、分频模块由于晶体振荡器提供的为50MHz的时钟，而在整个频率计里将用到周期为2s，半个周期为1s的闸门信号，所以我们在此模块先分频产生0.5Hz的分频信号。always@(posedgesysclk)beginif(cnt==26’b10_1111_1010_1111_0000_1000_0000)beginclk_cnt=~clk_cnt;cnt=0;endelsebegincnt=cnt+1;endend二进制的26’b10_1111_1010_1111_0000_1000_0000，即为十进制的50x10^7，由程序中的clk_cnt=~clk_cnt;cnt=0;得知会产生我们想要的周期为2s的clk_int信号。仿真结果如图1-2.图1-22、4位十进制计数器模块4位十进制计数器模块包含4位十进制的计数器，用来对施加到时钟脉冲输入端的待测信号产生的脉冲进行计数，十进制计数器具有清零控制和进位扩展输出的功能。always@(posedgeclkint)beginif(clk_cnt)beginif(cntp1==’b1001)课程设计说明书3begincntp1=’b0000;cntp2=cntp2+1;if(cntp2==’b1001)begincntp2=’b0000;cntp3=cntp3+1;if(cntp3==’b1001)begincntp3=’b0000;cntp4=cntp4+1;if(cntp4==’b1001)begincntp4=’b0000;led=1;本程序采用的是以累加的方法结合巧妙地if语句进行四重循环，实现四位十进制不同的高低级别，实现计数。一位十进制原理图仿真如图1-3。图1-3四位十进制原理图仿真如图1-4。图1-43、锁存模块如果计数器输出直接与译码器相连接，那么在计数过程中输出端则随输入脉冲数的增加而不断跳变，那么显示数码管则也会不断闪烁跳变，让人不能看到稳定的输出，设锁存器后，则不再跳变，便可清晰读出计数结果。其生成的功能模块如图所示：if(cntp1!=’b0000|cntp2!=’b0000|cntp3!=’b0000|cntp4!=’b0000)begincntq1=cntp1;cntq2=cntp2;cntq3=cntp3;cntq4=cntp4;cntp1='b0000;cntp2=’b0000;cntp3=’b0000;cntp4=’b0000;课程设计说明书44、动态扫描模块本设计采用扫描方式来实现LED数码管动态显示，控制好数码管之间的延迟时间相当重要。根据人眼视觉暂留原理，LED数码管每秒导通16次以上，人眼就无法LED数码管短暂的不亮，认为是一直点亮的（其实LED数码管是以一定频率在闪动的）。但是，延时（导通频率）也不是越小越好，因为LED数码管达到一定亮度需要一定时间。如果延时控制的不好则会出现闪动，或者亮度不够，根据经验，延时0.005S可以达到满意的效果。另外，显示的字符有变化时，可在延时到达后送一个地电平（共阴极数码管）LED数码管先短暂熄灭，再显示一个字符，可使在视觉上字符的变化更清楚。begincase(cnt[14:13])'b00:beginscan=’b00000001;dat=cntq1;end'b01:beginscan=’b00000010;dat=cntq2;end'b10:beginscan=’b00000100;dat=cntq3;end'b11:beginscan=’b00001000;dat=cntq4;enddefault:beginscan=’bx;dat=’bx;end5、译码模块译码模块是对计数出的数进行译码显示出来。endcasecase(dat[3:0])4’b0000:beginseg7[6:0]=7’b1111110:end4’b0001:seg7[6:0]=7’b0110000;4’b0010:seg7[6:0]=7’b1101101;4’b0011:seg7[6:0]=7’b1111001;4’b0100:seg7[6:0]=7’b0110011;4’b0101:seg7[6:0]=7’b1011011;4’b0110:seg7[6:0]=7’b1011111;4’b0111:seg7[6:0]=7’b1110000;4’b1000:seg7[6:0]=7’b1111111;4’b1001:seg7[6:0]=7’b1111011;default:seg7[6:0]=’bX;课程设计说明书5其中分别对应着十进制的0—9这是个数字。6、编译仿真最后的程序的编译仿真结果如图1-5。图1-5附录1：modulecymometer(seg7,scan,sysclk,clkin);output[6:0]seg7;output[7:0]scan;outputled;regled;inputsysclk;//20MHz时钟信号inputclkin;reg[6:0]seg7;reg[7:0]scan;reg[25:0]cnt;regclk_cnt;reg[2:0]cntp1,cntp2,cntp3,cntp4;reg[2:0]cntq1,cntq2,cntq3,cntq4;reg[3:0]dat;always@(posedgesysclk)beginif(cnt==26’b1_0111_1101_0111_1000_0100_0000)beginclk_cnt=~clk_cnt;cnt=0;endelsebegincnt=cnt+1;endendalways@(posedgeclkint)beginif(clk_cnt)beginif(cntp1==’b1001)begincntp1=’b0000;cntp2=cntp2+1;if(cntp2==’b1001)begincntp2=’b0000;cntp3=cntp3+1;if(cntp3==’b1001)begincntp3=’b0000;cntp4=cntp4+1;if(cntp4==’b1001)begincntp4=’b0000;led=1;endendend课程设计说明书6endelsebegincntp1=cntp+1;endendelsebeginif(cntp1!=’b0000|cntp2!=’b0000|cntp3!=’b0000|cntp4!=’b0000|)begincntq1=cntp1;cntq2=cntp2;cntq3=cntp3;cntq4=cntp4;cntp1='b0000;cntp2=’b0000;cntp3=’b0000;cntp4=’b0000;endendendalwaysbegincase(cnt[14:13])'b00:beginscan=’b00000001;dat=cntq1;end'b01:beginscan=’b00000010;dat=cntq2;end'b10:beginscan=’b00000100;dat=cntq3;end'b11:beginscan=’b00001000;dat=cntq4;enddefault:beginscan=’bx;dat=’bx;endendcasecase(dat[3:0])4’b0000:beginseg7[6:0]=7’b1111110:end4’b0001:seg7[6:0]=7’b0110000;4’b0010:seg7[6:0]=7’b1101101;4’b0011:seg7[6:0]=7’b1111001;4’b0100:seg7[6:0]=7’b0110011;4’b0101:seg7[6:0]=7’b1011011;4’b0110:seg7[6:0]=7’b1011111;4’b0111:seg7[6:0]=7’b1110000;4’b1000:seg7[6:0]=7’b1111111;4’b1001:seg7[6:0]=7’b1111011;default:seg7[6:0]=’bX;endcaseendendmodule