如何用Quartus设计输入方波模块,频率模块,占空比模块等模块

1、 设计一个能测量并显示信号频率的频率计。 2、 用数码管显示测量的频率。3 测频范围:1Hz-100MHz,误差《 0.01% 。4. 输入信号类型:方波。5. 输入信号幅度LVTTL电平。 6. 采用等精度法在Quartus平台下完成测频电路的设计仿真和测试。8. 测量并显示信号的占空比,误差《1%。9.测量两路同频率方波输入信号的时间间隔,误差《1%。
10. 方波输入信号的频率为1HZ~10MHZ 。
(开发板功能特点提供了5V、3.3V板上电源,50 MHz的有源晶振满足基本设计要求,208管脚封装, I/O资源丰富,芯片型号为Cyclone EP2C8Q208C8N,支持JTAG加载模式,8个7段数码管,8个用户LED灯,4×4键盘矩阵,8个开关量输入端口,蜂鸣器,独立矩形波发生器。)

【以下回答由 GPT 生成】

解决方案

首先,我会使用Verilog HDL来设计这些模块,并在Quartus平台上进行电路设计、仿真和测试。以下是每个模块的解决方案:

1. 设计一个频率计模块

频率计模块可以利用计数器原理来实现。以下是实现频率计模块的Verilog代码示例:

module FrequencyCounter (
  input wire clk,          // 输入时钟信号
  input wire reset,        // 复位信号
  input wire cnt_enable,   // 计数使能信号
  output wire [31:0] count  // 输出频率计数值
);

  reg [31:0] count_reg;     // 频率计数寄存器

  always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin
      count_reg <= 32'd0;
    end else if (cnt_enable) begin
      count_reg <= count_reg + 1;
    end
  end

  assign count = count_reg;

endmodule

2. 使用数码管显示所测量的频率

为了使用数码管显示所测量的频率,我们需要在频率计模块的基础上添加数码管驱动器模块。以下是数码管驱动器模块的Verilog代码示例:

module SevenSegmentDisplay (
  input wire [31:0] frequency,    // 输入频率值
  output wire [6:0] segment_output // 数码管段选输出
);

  // 数码管段选值
  wire [3:0] segment_value;

  // 此处省略编码逻辑,根据输入的频率值生成各数码管段选值的逻辑电路

  assign segment_output = segment_value;

endmodule

3. 测量并显示信号的占空比

为了测量并显示信号的占空比,我们可以设计一个占空比计算器模块,并将其与上述频率计模块和数码管显示模块结合起来。以下是占空比计算器模块的Verilog代码示例:

module DutyCycleCalculator (
  input wire clk,                    // 输入时钟信号
  input wire reset,                  // 复位信号
  input wire signal_in,               // 输入信号
  output wire [31:0] frequency,       // 输出频率计数值
  output wire [31:0] high_duration,   // 输出高电平持续时间计数值
  output wire [31:0] low_duration     // 输出低电平持续时间计数值
);

  // 频率计数模块实例化
  FrequencyCounter counter (
    .clk(clk),
    .reset(reset),
    .cnt_enable(1'b1),
    .count(frequency)
  );

  reg [31:0] high_duration_reg;      // 高电平持续时间计数寄存器
  reg [31:0] low_duration_reg;       // 低电平持续时间计数寄存器
  reg last_signal_in;                // 上一次的信号输入值,用于判断信号的上升沿和下降沿

  always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin
      high_duration_reg <= 32'd0;
      low_duration_reg <= 32'd0;
      last_signal_in <= 1'b0;
    end else begin
      if (signal_in && !last_signal_in) begin
        // 上升沿
        high_duration_reg <= 32'd0;
      end else if (!signal_in && last_signal_in) begin
        // 下降沿
        low_duration_reg <= 32'd0;
      end

      if (signal_in) begin
        high_duration_reg <= high_duration_reg + 1;
      end else begin
        low_duration_reg <= low_duration_reg + 1;
      end

      last_signal_in <= signal_in;
    end
  end

  assign high_duration = high_duration_reg;
  assign low_duration = low_duration_reg;

endmodule

4. 测量两路同频率方波输入信号的时间间隔

为了测量两路同频率方波输入信号的时间间隔,我们可以设计一个时间间隔计算器模块,并将其与频率计模块和数码管显示模块结合起来。以下是时间间隔计算器模块的Verilog代码示例:

module TimeIntervalCalculator (
  input wire clk,                           // 输入时钟信号
  input wire reset,                         // 复位信号
  input wire signal_in_A,                    // 输入信号A
  input wire signal_in_B,                    // 输入信号B
  output wire [31:0] interval_duration       // 输出时间间隔计数值
);

  // 频率计数模块实例化
  FrequencyCounter counter (
    .clk(clk),
    .reset(reset),
    .cnt_enable(1'b1),
    .count(interval_duration)
  );

  reg last_signal_in_A;                       // 上一次信号A输入值,用于判断信号A的上升沿和下降沿
  reg last_signal_in_B;                       // 上一次信号B输入值,用于判断信号B的上升沿和下降沿
  reg [31:0] interval_duration_reg;            // 时间间隔计数寄存器
  reg [31:0] last_counter_value;               // 上一次频率计数器的计数值

  always @(posedge clk or posedge reset) begin
    if (reset) begin
      interval_duration_reg <= 32'd0;
      last_signal_in_A <= 1'b0;
      last_signal_in_B <= 1'b0;
    end else begin
      if (signal_in_A && !last_signal_in_A && signal_in_B && !last_signal_in_B) begin
        // 两个输入信号同时上升沿
        interval_duration_reg <= counter;
      end else if (signal_in_A && !last_signal_in_A) begin
        // 信号A上升沿,保存此时的频率计数值
        last_counter_value <= counter;
      end else if (signal_in_B && !last_signal_in_B) begin
        // 信号B上升沿,计算时间间隔
        interval_duration_reg <= counter - last_counter_value;
      end

      last_signal_in_A <= signal_in_A;
      last_signal_in_B <= signal_in_B;
    end
  end

  assign interval_duration = interval_duration_reg;

endmodule

代码所需资源

上述代码需要使用到以下Quartus平台提供的资源:

  • 50MHz的有源晶振:用于产生时钟信号。
  • 8个7段数码管:用于显示频率、占空比和时间间隔等信息。
  • 8个用户LED灯:可以用于显示其他状态或调试信息。
  • 4×4键盘矩阵:可以用来进行模式选择或配置参数。

总结

通过以上的Verilog代码示例,我们可以在Quartus平台上完成对输入方波的频率、占空比和时间间隔的计算和显示。请注意,以上示例代码仅为演示目的,可能需要根据具体的硬件和需求进行适当的修改和调整。

希望以上解决方案能够帮助到您!如果您对任何内容有疑问或需要进一步的帮助,请随时告诉我。


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