名称

8位直接测频频率计 | VHDL | Quartus II

软件

Quartus II

语言

VHDL

代码功能

本设计实现了一个基于FPGA的8位直接测频频率计，能够对输入信号进行频率测量，并通过数码管实时显示测量结果。系统采用1秒门控方式，统计输入信号在门控时间内的周期数，最终将频率值锁存并显示。适用于需要高精度频率测量的场合。

代码实现思路

系统由多个功能模块组成：

·控制模块（Frq_Ctrl）产生门控信号、复位信号和锁存信号，实现测量周期的控制。

·计数器模块（counter）在门控信号有效期间统计输入信号的周期数，输出频率值。

·锁存模块（data_store）在锁存信号到来时，将计数器输出的频率值锁存。

·显示模块（LED_DISP）将锁存的频率值转换为数码管显示格式，驱动8位数码管显示。          各模块通过信号线连接，协同完成频率测量和显示。整体设计结构清晰，易于扩展和维护。

代码结构

·Freq_test：顶层模块，连接各功能模块，实现系统集成。

·Frq_Ctrl：控制模块，负责门控、复位和锁存信号的生成。

·counter：计数器模块，统计输入信号周期数，输出频率值。

·data_store：锁存模块，保存测量到的频率值。

·LED_DISP：显示模块，将频率值转换为数码管显示格式。

1、工程文件

2、程序文件

3、程序编译

4、RTL图

5、testbench

6、仿真图

整体仿真图

控制模块

计数器模块

锁存器模块

数码管显示模块

部分代码展示 

LIBRARY ieee;
   USE ieee.std_logic_1164.all;
   USE ieee.std_logic_unsigned.all;
--计数器模块
ENTITY counter IS
   PORT (
      signal_in  : IN STD_LOGIC;--被测信号
      en         : IN STD_LOGIC;--1S闸门信号
      rst        : IN STD_LOGIC;
      number     : OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0)--频率值
   );
END counter;
ARCHITECTURE behavioral OF counter IS
   SIGNAL num_0 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_1 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_2 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_3 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_4 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_5 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_6 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
   SIGNAL num_7 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) := "0000";
BEGIN
   
   number <= (num_7 & num_6 & num_5 & num_4 & num_3 & num_2 & num_1 & num_0);--单位Hz
   --计数,计数1s内的信号周期数，计数值就是频率值
   PROCESS (signal_in, rst)
   BEGIN
      IF (rst = '1') THEN
         num_0 <= "0000";
         num_1 <= "0000";
         num_2 <= "0000";
         num_3 <= "0000";
         num_4 <= "0000";
         num_5 <= "0000";
         num_6 <= "0000";
         num_7 <= "0000";
      ELSIF (signal_in'EVENT AND signal_in = '1') THEN
         IF (en = '1') THEN--计数，低位都是9，则高位加1，低位清零，例如加到9999，则变为10000
            IF (num_6 = "1001" AND num_5 = "1001" AND num_4 = "1001" AND num_3 = "1001" AND num_2 = "1001" AND num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= "0000";
               num_3 <= "0000";
               num_4 <= "0000";
               num_5 <= "0000";
               num_6 <= "0000";
               num_7 <= num_7 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
            ELSIF (num_5 = "1001" AND num_4 = "1001" AND num_3 = "1001" AND num_2 = "1001" AND num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= "0000";
               num_3 <= "0000";
               num_4 <= "0000";
               num_5 <= "0000";
               num_6 <= num_6 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_7 <= num_7;
            ELSIF (num_4 = "1001" AND num_3 = "1001" AND num_2 = "1001" AND num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= "0000";
               num_3 <= "0000";
               num_4 <= "0000";
               num_5 <= num_5 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            ELSIF (num_3 = "1001" AND num_2 = "1001" AND num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= "0000";
               num_3 <= "0000";
               num_4 <= num_4 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_5 <= num_5;
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            ELSIF (num_2 = "1001" AND num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= "0000";
               num_3 <= num_3 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_4 <= num_4;
               num_5 <= num_5;
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            ELSIF (num_1 = "1001" AND num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= "0000";
               num_2 <= num_2 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_3 <= num_3;
               num_4 <= num_4;
               num_5 <= num_5;
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            ELSIF (num_0 = "1001") THEN
               num_0 <= "0000";
               num_1 <= num_1 + "0001";--低位为9，则高位加1，低位清零
               num_2 <= num_2;
               num_3 <= num_3;
               num_4 <= num_4;
               num_5 <= num_5;
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            ELSE
               num_0 <= num_0 + "0001";--低位加1
               num_1 <= num_1;
               num_2 <= num_2;
               num_3 <= num_3;
               num_4 <= num_4;
               num_5 <= num_5;
               num_6 <= num_6;
               num_7 <= num_7;
            END IF;
         END IF;
      END IF;
   END PROCESS;
   
   
END behavioral;

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