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          FPGA學習系列:33. 設計一個簡單的二選一數據選擇器

          2018-09-21 10:24 ? 次閱讀

          設計背景:

          頻率計又稱為頻率計數器,是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。頻率計主要由四個部分構成:時基(T)電路、輸入電路、計數顯示電路以及控制電路。

          頻率,即使信號周期的倒數,也就是說,信號每單位時間完成周期的個數,一般去一秒為基本單位時間。

          設計原理:

          本次的設計主要是一個簡單的二選一數據選擇器,我們的設計主頻率=1s/T,T=高電平的時間+低電平的時間。時間=周期數*周期。占空比=(高電平的時間/周期)100%。我們的時間單位都是以ns來計算的,所以要把1s換成1_000_000_000ns,驅動時鐘是50MHz的,周期為20ns。計算占空比的時候,我們把周期20ns全部省略了。所以計算公式如下:

          freq = 1_000_000_000/(low_time * 20 + high_time * 20);

          duty_cycle = (high_time * 100)/(high_time + low_time);

          設計架構圖:

          設計代碼:

          設計模塊

          0module?freq_meter (clk,?rst_n,?wave,?freq,?duty_cycle);??//端口列表

          1

          2 input?clk;???????????????????//時鐘

          3 input?rst_n;?????????????????//復位

          4 input?wave;??????????????????//被測頻率

          5 output[25:0]?freq;??????????//輸出頻率

          6 output[6:0]?duty_cycle; //輸出占空比

          7

          8 reg[25:0]?low_cnt;

          9 reg[25:0]?high_cnt;

          10 reg[25:0]?low_time;

          11 reg[25:0]?high_time;

          12 reg?state;

          13

          14 localparam?high_state =1'b0;

          15 localparam?low_state =1'b1;

          16

          17 always@(posedge?clk ornegedge?rst_n)

          18 ?begin

          19 ? if(!rst_n)

          20 ? ?begin

          21 ? ?low_cnt <=26'd0;

          22 ? ?high_cnt <=26'd0;

          23 ? ?low_time <=26'd0;

          24 ? ?high_time <=26'd0;

          25 ? ?state <=?high_state;

          26 ? ?end

          27 ? else

          28 ? begin

          29 ? ?case(state)

          30 ? ? high_state :begin

          31 ? ? ? if(wave ==1'b1)???????//判斷輸入為高電平

          32 ? ? ? ?begin

          33 ? ? ? ? high_cnt <=?high_cnt +1'b1;

          34 ? ? ? ? state <=?high_state;

          35 ? ? ? ?end

          36 ? ? ? else

          37 ? ? ? ?begin

          38 ? ? ? ? high_cnt <=26'd0;

          39 ? ? ? ? high_time <=?high_cnt;

          40 ? ? ? ? state <=?low_state;

          41 ? ? ? ?end

          42 ? ? ?end

          43 ? ? ?

          44 ? ? low_state :begin

          45 ? ? ? if(wave ==1'b0)??//判斷輸入為低電平

          46 ? ? ? ?begin

          47 ? ? ? ? low_cnt <=?low_cnt +1'b1;

          48 ? ? ? ? state <=?low_state;

          49 ? ? ? ?end

          50 ? ? ? else

          51 ? ? ? ?begin

          52 ? ? ? ? low_cnt <=26'd0;

          53 ? ? ? ? low_time <=?low_cnt;

          54 ? ? ? ? state <=?high_state;

          55 ? ? ? ?end

          56 ? ? ?end

          57 ? ? default:?state <=?low_state;

          58 ? ? endcase

          59 ? end

          60 ?end

          61

          62 assign?freq =1_000_000_000/(low_time *20+?high_time *20);??//求頻率

          63 assign?duty_cycle =(high_time *100)/(high_time +?low_time);??//求占空比

          64

          65endmodule

          測試模塊

          0`timescale1ns/1ps

          1module?freq_meter_tb;

          2 reg?clk;

          3 reg?rst_n;

          4 reg?wave;

          5 wire[25:0]?freq;

          6 wire[6:0]?duty_cycle;

          7

          8 initialbegin

          9 ?clk =1'b1;

          10 ?rst_n =1'b0;

          11

          12 ?#200.1

          13 ? rst_n =1'b1;

          14 ?#1_000_000_0//仿真10ms

          15 ? $stop;

          16 end

          17

          18 always#10?clk =~clk;

          19

          20 initialbegin

          21 ?wave =1'b1;

          22 ?foreverbegin//產生占空比為60%,頻率為1KHz的方波

          23 ? #600_000

          24 ? ?wave =1'b0;

          25 ? #400_000

          26 ? ?wave =1'b1;

          27 ?end

          28 end

          29

          30 freq_meter freq_meter_dut(

          31 ?.clk(clk),

          32 ?.rst_n(rst_n),

          33 ?.wave(wave),

          34 ?.freq(freq),

          35 ?.duty_cycle(duty_cycle)

          36 );

          37

          38endmodule

          仿真圖:

          由于在前面沒有測完一個周期出現了不穩定的因素,就出現了不準確的數值,當測試完一個周期以后,測到的數值就比較的準確,基本的沒有什么誤差。

          相對的,如果測試的頻率越大,測到的數值就越準確。


          原文標題:FPGA學習系列:33. 頻率計的設計

          文章出處:【微信號:FPGAer_Club,微信公眾號:FPGAer俱樂部】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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