合肥工业大学EDA实验报告 数字频率计

课 程 设 计 任 务 书

（2011 ~2012 第三学期）

设 计 题 目： EDA与数字系统课程设计

学 院 名 称： 电气与自动化工程学院

专 业（班 级）： 自动化2010级

姓 名（学 号）： 李本炫

起 讫 日 期：2012年6 月 18日－2012年 7月18日

指 导 教 师： 刘春 朱维勇

系（教研室）负责人：

下发任务书日期 2012 年 6月 18日

合肥工业大学课程设计任务书

设计题目 EDA与数字系统课程设计 了解各种PLD器件的基本结构，掌握MAX+Plus2的使用方法，用主要内容 图形输入法和Verilog HDL完成规定的基本练习题，在此基础上完成一个数字系统设计题的设计、仿真、下载（FPGA实现）。 应收集的1.《EDA与数字系统设计》李国丽 朱维勇 栾铭主编 资 料 2.《数字电子技术基础》 阎石主编 设计 进度 计划 讲课： EDA简介 实验一：Max+Plus2使用练习，完成一个简单门电路的图形设计输入、编译、仿真、管脚分配、下载。（4学时） 实验二：图形设计输入3-8译码器, 同步十进制加法计数器、同步六十进制计数器。 用六十进制计数器制作十二进制计数器（01～12），二十四进制计数器（00～23）和百进制计数器。设计输入、编译、仿真、管脚分配、下载。（8学时） 实验三：完成以上实验的Verilog HDL设计输入。（4学时） 实验四：完成扫描显示1-4-1，1-4-2。 （4学时） 讲课：布置一个数字系统设计题，讲解设计要求、原理框图、设计提示。 方案设计、设计调试、下载验证。（12学时） 设计考核验收，写课程设计报告。(2学时)， 主要参考文 献 1 李国丽编，《EDA与数字系统设计》，2008 2 王金明编，《数字系统设计与Verilog HDL》北京：电子工业出版社，2002 3 潘松，《EDA技术实用教程》北京：科学出版社，2002 按照设计进度计划要求完成每一步任务 指导教师意 见 备注

目录

一． 摘要

二． 实验一 Max+Plus2使用练习 三． 实验二 3-8译码器

四． 实验三 用74161实现十进制加法计数器 五． 实验四 六十进制加法计数器

六． 实验五 设计一个电路，使八个数码管依次显示0、1、

2、…A、B、…E、F。 七． 实验六 设计一个电路，使两个数码管显示112的十二进

制计数，两个数码管显示059的六十进制计数。 八． 设计题目：数字频率计

1. 设计要求 2. 设计思路与原理 3. 设计方案 1） 总体电路图

2） 各部分电路图及功能说明

a. 测量校验信号选择电路 b. 计数器&报警信号输出电路 c. 数据选择电路 d. 锁存器电路 e. 报警输出电路 f. 扫描显示电路 g. 手动自动选择电路

九． 结论 十． 参考文献

摘要

本课程介绍数字系统的设计方法及基本步骤，MAX+plus2使用方法，硬件描述语言VHDL和VerilogHDL，并通过数字系统的设计，把数字系统的基本理论，基本方法和设计课题密结合，在MAX+lus2的设计平台下，是学会用原理电路图输入或硬件描述语言输入进行电路设计，编译，仿真，底层编辑及PLD编程校验，涉及部分波形编辑，管脚分配等，提高用MAX+plus2进行数字系统设计的能力。

实验一 Max+Plus2使用练习

实验二 3-8译码器

实验三 用74161实现十进制加法计数器

图1-3-3 用74LS161实现十进制加法计数器

实验四 六十进制加法计数器

六十进制计数器

计数频率1HZ

计数频率1HZ

实验五 例1-4-1设计一个电路，使八个数码管依次显示0、1、2、…A、B、…E、F。

扫描频率 先1HZ

逐渐增加后观察结果

计数频率1HZ

实验六 例1-4-2 设计一个电路，使两个数码管显示112的十二进制计数，两个数码管显示059的六十进制计数。

设计题目 数字频率计

一．设计要求

设计一个能测量方波信号频率的频率计，测量的结果用十进制数显示，测量的频率范围是1-100kHz，分成两个频段，即1-999Hz,1-100kHz，用三位数码管显示测量的频率，用LED显示表示单位，如亮绿灯表示Hz,亮红灯表示kHz。 具有自动校验和测量两种功能，即能用标准时钟校验测量精度。

具有超量程报警功能，在超出目前量程档的测量范围时，发出灯光和音响信号。

二．设计思路及原理

脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，起表达式f=N/T,f为被测信号的频率；N为计数器所累计的脉冲个数；T为产生N个脉冲的时间，所以在1s时间内计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。

此设计问题可分为测量/校验选择模块，计数器模块，送存选择/报警电路模块，锁存器模块和扫描显示模块几部分。

测试/校验选择模块的输入信号为：选择信号select，被测信号meas，测试信号test，输出信号为CP1。当select=0时，为测量状态，CP1=meas；当select=1时，为校验状态， CP1=test。校验信号与测量共用一个电路，只是被测量信号 CP1不同而已。

设置1s定时信号（周期为2s），在1s定时时间内的所有被测信号送入计数器输入端。

计数器对CP1信号进行计数，在1s定时时间结束后，将计数器的结果送锁存器锁存，同时将计数器清零，为下一个采样的测量做好准备。

设置量程档控制开关K，单位显示信号Y，当K=0时，为1-999Hz量程档，数码管显示的数值为被测信号的频率值，Y显示绿色，即单位为Hz；当K=1时，为1-100kHz量程档，被测信号频率为数码管显示数值乘1000，Y显示红色，即单位为kHz。

设置超出量程档测量范围示警信号alert，计数器由四级十进制计数构成。若被测信号频率小于1kHz,则计数器只进行三级十进制计数，最大显示值为999Hz，如果被测信号频率超出此范围，示警信号驱动灯光，扬声器报警；若被测信号为1-100kHz，计数器进行四位十进制计数，取高三位，最大显示值为99.9kHz，如果被测信号频率超出此范围，报警。

设计方案

1.总体电路图

2.各部分电路图及功能说明

2.1测量校验信号选择电路

功能说明：

CP为脉冲信号输入端给0.5Hz的输入脉冲，SELECT为选择控制端当SELECT为1时，选择MEAS为输入信号，即CP1得到的是校验信号。当SLECT为0时，选择的是TEST的输入信号，即待测量的信号输入，CP1得到的是测量信号。

2.2计数器&报警信号输出电路 封装后的模块：

计数器&报警信号输出模块内部电路：

功能说明：

本块电路使用了六块74160的十进制计数器。其中从左起的前五块74160为计数器功能，最后一块提供高位报警的信号输出。在作为计数器的五块74160中，从左起的前三块实现的是1-999Hz的计数及数据的输出；后两块74160是实现高位1-100kHz的计数及数据的输出。所以当选择1-999Hz量程的时候，如果超出该范围，必然后两块74160会有高电平输出，所以用后两块的8个数据输出端的或门组合形成低位报警的信号输出。当高位超出量程时，最后一块的74160会有进位计数，即有高电平的输出，所以用其输出端的或门实现高位报警的功能。

2.3数据选择电路

功能说明：

BUSMUX模块是总线的数据选择器，WIDTH=4即实现四总线的选择输入。当SEL=0时，选择dataa[]总线输入，当SEL=1时，选择datab[]总线输入。在整体电路实现中，选择高位数据接dataa[],低位接datab[]，SEL由开关控制。

2.4锁存器电路

功能说明：

本电路用两个74273，上一数据选择电路的数据从D0-D11输入到74273中存储。当CLK有脉冲时，数据从C1-C12输出。所以实现了数据的保存和输出。

2.5报警输出电路

功能说明：

两个与门分别接从报警信号产生模块中输出的高位报警和低位报警，以及档位开关。信号的输出端通过或门接到蜂鸣器和LED上，实现报警输出电路。

2.6扫描显示电路

功能说明：

Mux8_1A模块是用作选择数据的，上一层的锁存电路中的数据由三条总线输入，再从q1-q3输出到7448，译码后完成7段码显示。另一部分由74160和3线8线译码器组成，用来控制显示器的轮流开关的。CLKD是输入扫描的频率，当扫描的频率大于200Hz时，超出了人眼睛的识别惯性范围，即可以在显示器上显示出稳定的数字。MS2引脚与控制开关相与，实现的是小数点的控制。

2.7手动自动选择电路

功能说明：

A/H为手动自动切换开关，当置0时可以实现自动显示的功能，即电路可以根据输入的频率，自动在1-999Hz和1-100kHz两个档位之间的自动切换，并有超出高位量程的报警。当置数位1时，切换到手动模式，即使用K来完成对于档位的调整。在电路中使用了D触发器，为了保持从低位报警的输出端信号，当低位超出量程报警时，通过D触发器输入的为高电平，手动自动开关置0，通过与门最终得到的为高电平，即实现了从低档位到高档位的切换。

结论

通过本次任务，本人从中获益良多。一方面是通过对MAX+plus2的使用练习，掌握了部分基本操作和基本功能的使用，另一方面则是通过自主设计简单的数字系统，加强了对数字电路的应用能力。通过对不同功能电路的分析，设计，加强了对问题进行系统性分析的能力，有些功能类似的器件由于构造的不同，效果也是有差别的，通过对器件的选择，更加深刻的认识到延迟效应，反应时间对整个系统所产生的影响以及与系统内其余参数之间的互相影响的关系。

参考文献

1. 李国丽，朱维勇.EDA与数字系统设计 北京：机械工业

出版社 2005 2. 王金明，杨吉斌.数字系统设计与Verilog HDL北京：

电子工业出版社 2002 3. 潘松，黄继业.EDA技术实用教程 北京：科学出版社

2002