一、總體設(shè)計(jì)

1.概述

本文基于明德?lián)P至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)法和明德?lián)P設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的頻率、電壓測(cè)量?jī)x器，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量AD采集后的波形頻率和電壓（峰峰值），并將數(shù)值顯示在數(shù)碼管上。這個(gè)案例通過(guò)擴(kuò)展還可結(jié)合明德?lián)P的波形采集顯示案例實(shí)現(xiàn)顯示波形頻率、峰峰值功能，還可拓展結(jié)合上次DDS案例產(chǎn)生的已知波形的頻率峰峰值，驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的正確性。本案例的擴(kuò)展和應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中具有重大意義。在本案例的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用了至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)法、狀態(tài)機(jī)模板應(yīng)用等，在經(jīng)過(guò)逐步改進(jìn)、調(diào)試等一系列工作之后，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

?

2.?設(shè)計(jì)目標(biāo)

1）?將AD采集后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波，并測(cè)量出波形實(shí)際頻率

2）?能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量出波形的周期

3）?能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量波形的峰峰值或者某個(gè)信號(hào)的電壓值

4）?數(shù)碼管顯示頻率或電壓值，并通過(guò)按鍵控制切換決定數(shù)碼管顯示頻率或電壓值

3.?模塊功能

1)?頻率測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)功能：

將AD采集后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同頻率的方波；

測(cè)量出波形的實(shí)際頻率；

測(cè)量出波形的周期

2)?電壓測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)功能：

將AD采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖；

記錄數(shù)據(jù)最大值和最小值；

根據(jù)公式得出波形的峰峰值（電壓）

3)?數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)功能

數(shù)碼管顯示頻率值或者電壓值

通過(guò)按鍵1實(shí)現(xiàn)切換決定數(shù)碼管顯示頻率還是電壓

4)?按鍵模塊實(shí)現(xiàn)功能：

將外來(lái)異步信號(hào)打兩拍處理，將異步信號(hào)同步化；

實(shí)現(xiàn)20ms按鍵消抖功能，并輸出有效按鍵信號(hào)；

4.?信號(hào)定義

1）頂層模塊Freq_Volt_Top.v

2)頻率測(cè)量模塊Frequency.v

3)電壓測(cè)量模塊Voltage.v

4)數(shù)碼管顯示模塊sel_disp.v

5)按鍵模塊key_module.v

5.頻率測(cè)量代碼

利用明德?lián)P的四段式狀態(tài)機(jī)模板，可以很熟練地寫(xiě)出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，先將ad_data取最高位，得到同頻率的方波，再分別計(jì)算方波高電平和低電平的時(shí)間，就可以得出一個(gè)周期的時(shí)間，從而計(jì)算出頻率值和峰峰值。利用wave的高低電平控制狀態(tài)機(jī)進(jìn)入高電平計(jì)數(shù)或低電平計(jì)數(shù)狀態(tài)。

S1狀態(tài)：即wave=1時(shí)開(kāi)始進(jìn)行高電平計(jì)數(shù)，wave=0時(shí)證明變?yōu)榈碗娖剑涗浵耯igh_cnt的最大值，代表高電平的時(shí)間。

S2狀態(tài)：即wave=0時(shí)開(kāi)始進(jìn)行低電平計(jì)數(shù)，wave=1時(shí)證明變?yōu)楦唠娖?，記錄下low_cnt的最大值，代表低電平的時(shí)間。得到高電平和低電平的時(shí)間，相加即得到一個(gè)周期的時(shí)間，可以算出頻率值和周期值。

FPGA原則上不能直接進(jìn)行除法運(yùn)算，因此調(diào)用除法器IP進(jìn)行除法運(yùn)算可以算出頻率值，取整數(shù)部分。

?

6．電壓測(cè)量

將AD數(shù)據(jù)和初始的最大值最小值相比較，如果AD數(shù)據(jù)大則賦值給fengzhi_max,如果AD數(shù)據(jù)小則賦值給fengzhi_min,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后可以得出數(shù)據(jù)的最大值和最小值。如果是8位AD9280，則255代表+5V,0代表-5V；

則可以得到峰峰值計(jì)算公式；

值得注意的是，記錄下最大最小值后，fengzhi_max，fengzhi_min將不變，為了能夠?qū)崟r(shí)記錄數(shù)據(jù)最大最小值，需要定時(shí)刷新，因此設(shè)置1sRST信號(hào)，定時(shí)初始化fengzhi_max，fengzhi_min。

7.數(shù)碼管顯示

通過(guò)按鍵切換決定數(shù)碼管顯示頻率值還是電壓值。

動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管，同時(shí)顯示多個(gè)不同數(shù)字，顯示頻率和電壓信息。數(shù)碼顯示原理和案例具體請(qǐng)學(xué)習(xí)明德?lián)P論壇上資料。

?在這個(gè)設(shè)計(jì)案例中，至簡(jiǎn)設(shè)計(jì)法和明德?lián)P計(jì)數(shù)器模板、狀態(tài)機(jī)模板發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，使我能夠快速準(zhǔn)確完成設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)可以加以拓展：

1）結(jié)合明德?lián)PAD采集波形案例，將計(jì)算出的頻率值、電壓值顯示在VGA屏幕上；

對(duì)于初學(xué)者而言，流水燈太簡(jiǎn)單，復(fù)雜項(xiàng)目又太難，不如嘗試一下這些相對(duì)簡(jiǎn)單而又酷炫的案例，并一步步拓展成大項(xiàng)目。趕緊動(dòng)手嘗試吧。