基于fpga任意倍數(shù)分頻器設計

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1、第48頁目錄1緒論11.1課題分析11.2FPGA概述21.3VHDL語言和QUARTUSII簡介41.3.1VHDL語言簡介41.3.2QUARTUSII簡介62分頻基本原理82.1等占空比偶數(shù)分頻方法82.2等占空比的奇數(shù)分頻方法82.3分數(shù)分頻方法92.4小數(shù)分頻方法92.5任意倍數(shù)分頻器103任意倍數(shù)分頻器設計123.1設計思想123.2頂層框圖設計133.3頂層文件設計133.4模塊設計143.4.1偶數(shù)分頻模塊的設計143.4.2奇數(shù)分頻模塊的設計153.4.3半整數(shù)模塊設計163.4.4占空比可調的分頻模塊設計173.4.5小數(shù)分頻模塊

2、設計183.4.6encoder_35模塊的設計193.4.7led模塊的設計20第48頁3.4.8mux51模塊的設計21結論23致謝24參考文獻25附錄AVHDL源程序26附錄A1：偶數(shù)分頻實現(xiàn)的程序26附錄A2奇數(shù)分頻實現(xiàn)的程序28附錄A3半整數(shù)分頻實現(xiàn)的程序30附錄A4占空比可調的分頻實現(xiàn)的程序32附錄A5小數(shù)分頻實現(xiàn)的程序34附錄A6encoder_35模塊實現(xiàn)的程序42附錄A7led的實現(xiàn)程序43附錄A8mux51模塊的實現(xiàn)程序47附錄B頂層文件設計原理圖48第48頁1緒論1.1課題分析隨著電子技術的高速發(fā)展，F(xiàn)PGA/CPLD以其高速、

3、高可靠性、串并行工作方式等突出優(yōu)點在電子設計中受到廣泛的應用，而且代表著未來EDA設計的方向。FPGA/CPLD的設計采用了高級語言，如VHDL語言AHDL語言等，進一步打破了軟件與硬件之間的界限，縮短了產品的開發(fā)周期。所以采用先進的FPGA/CPLD取代傳統(tǒng)的標準集成電路、接口電路已成為電子技術發(fā)展的必然趨勢[1]。EDA技術代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向，采用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理

4、完成。由于現(xiàn)代電子產品的復雜度和集成度的日益提高，一般分離的中小規(guī)模集成電路組合已不能滿足要求，電路設計逐步地從中小規(guī)模芯片轉為大規(guī)模、超大規(guī)模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程朋IC器件已蓬勃發(fā)展起來[2]。分頻器是數(shù)字系統(tǒng)設計中的一種基本電路，我們往往需要通過分頻器得到我們所需要的時鐘頻率，在FPGA的設計中也是使用頻率非常高的一種基本設計?；贔PGA實現(xiàn)的分頻電路一般有兩種方法：一種是使用FPGA芯片內部提供的鎖相環(huán)電路進行分頻，如ALTERA提供的PLL（PhaseLockedLoop），Xilinx提供的DLL（DelayLock

5、edLoop）；第二種是使用硬件描述語言，如VHDL、VerilogHDL等。使用鎖相環(huán)電路進行分頻有許多的優(yōu)點，例如可以實現(xiàn)倍頻、相位偏移以及占空比可調等。但是由于FPGA內部提供的鎖相環(huán)個數(shù)極為有限，不能滿足使用時的要求。因此使用硬件描述語言實現(xiàn)分頻電路在數(shù)字電路設計較為常用，因為它消耗不多的邏輯單元就可以實現(xiàn)對時鐘的操作，具有成本低、可編程等優(yōu)點[3]。在數(shù)字系統(tǒng)的設計中，設計人員會遇到各種形式的分頻需求，如整數(shù)、小數(shù)、分數(shù)分頻等。在某些數(shù)字系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)不僅對頻率有要求，而且對占空比也有著很第48頁嚴格的要求。由計數(shù)器或計數(shù)器的級聯(lián)構成各種

6、形式的偶數(shù)分頻及非等占空比的奇數(shù)分頻實現(xiàn)起來較為簡單，但對半整數(shù)分頻及等占空比的奇數(shù)分頻實現(xiàn)較為困難，小數(shù)分頻和分數(shù)分頻更困難。本論文利用VHDL硬件描述語言，通過QuartusⅡ7.2開發(fā)平臺，設計了一種能滿足偶數(shù)分頻，奇數(shù)分頻，半整數(shù)分頻，占空比可調的分頻，小數(shù)分頻的任意倍數(shù)分頻器，并可以通過按鈕來選擇具體由哪一種分頻器進行操作，而撥碼開關則可以預置一些分頻系數(shù)，發(fā)光二極管則顯示具體由那種分頻實現(xiàn)，數(shù)碼管顯示分頻的系數(shù)。分頻系數(shù)設置：偶數(shù)分頻：2，4，6，8，10，12，14奇數(shù)分頻：1，3，5，7，9，11，13，15半整數(shù)分頻：1.5—15.

7、5占空比可調的分頻：1:1，1:2，1:3，2:1，2:2，2:3，3:1，3:2，3:3小數(shù)分頻：1.1—3.31.2FPGA概述FPGA(Field?Programmable?Gate?Array)現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，它是在PAL（ProgrammableArrayLogic）、GAL(genericarraylogic)、CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)領域中的一種半定制

8、電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。它是當今數(shù)字系統(tǒng)設計的主要硬