频率计的设计技术是随电子电路技术的发展逐步向前发展的,以脉冲计数法为基础衍生出各式的数字测频方法,使得计数器在精度测量等方面都有很大提高。这改变了传统频率计使用分立元件设计而导致的设计周期长、资源成本高等缺点。
本课题实现的数字频率计具有精确、精简和现场可编程等优点。数字频率计在各个领域的广泛应用,使得本课题研究具有十分重要的意义。
1.2 课题相关知识介绍
本课题实现的数字频率计系统硬件部分以ALtera公司生产的Cyclone II系列的EP2C35F672C6芯片为控制核心,软件部分以Verilog HDL语言为硬体描述语言实现各模块程序的编写。以计算机为辅助工具,用硬体描述语言Verilog HDL在EDA平设计台上通过Quartus II软件配置FPGA,最后下载到DE2开发板上。
1.2.1 EDA技术
20世纪末,数字技术得到高速发展促进了电子设计自动化的发展,有力地推动了社会生产力的发展,加速了社会信息化。现代电子设计技术的核心的EDA技术在教学、科研、产品设计与制造方面都有着这巨大的作用。数字电子技术范围应用于人类生活生产的各个方面,机械、电子、计算机、通信和航空航天各个领域都采用了数字电子技术。
现在对EDA的概念或范畴用的很宽,成为一门综合性学科,EDA技术为现代数字系统理论和设计的表达与应用提供了途径。EDA技术突破了计算机软件与硬件之间的屏障,结合了计算机的软件技术与硬件实现、设计效能和产品性,让数字电子设计、模拟和应用技术向多功能化、高性价比方向发展。因此,掌握硬体描述语言、EDA技术和可编程逻辑器件成为当今数字系统工程师的重要任务之一。
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪90年代初,由计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念衍生而来的新的电子电路的设计方法,是在设计方法和工具方面进行的重大的变革。EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为有效设计载体,在EDA软件平台上用硬件描述语言VHDL为主要描述方式完成设计文件,前期计算机自动完成逻辑编译、识别、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真等工作,即用逻辑综合工具将设计转化成物理实现的网表文件,用可编程逻辑器件或者专用集成电路完成数字系统,再完成对于目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作,显著提升了芯片设计的复杂程度。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程都可以在计算机上自动处理完成。【1】设计者在EDA软件平台上以硬件语言为系统逻辑描述语言完成设计文件,通过计算机自动完成逻辑化简、逻辑编辑及优化,以及对特定目标芯片的引脚适配、逻辑映射和编程下载等工作。计算机能根据各种不同层次的系统性特点完成一系列各式各样电路的准确测试与仿真操作,得到精确的仿真结果。而设计者只需要利用硬件描述语言来完成对系统硬件功能的描述,这大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度,也能降低人工设计的错误率。EDA技术不仅增加了新的电路用途,大大提高了电路设计效率,还缩短了设计周期,以节省设计成本和减少了设计者的劳动强度。EDA功能日益强大,已经成为了当今电子设计的主要工具,无论是芯片设计还是系统设计都需要EDA工具的支持。
EDA技术的发展,经历了三个发展阶段:20世纪70年代发展起来的CAD技术;20世纪80年代开始应用的CAE技术;90年代后期,发展起来的以硬件描述语言和系统级仿真为特性的EDA技术。EDA工具具有完成数字电子系统的能力,侧重于使用逻辑综合的高端抽象的电路设计手段。