【原创】Vivado设计实战 ——等精度频率计（完结篇）

发表于 2014/7/30 20:39:57 阅读（10025）

Vivado设计实战

——等精度频率计（设计篇）

硬件平台：ZedBoard

开发工具：Vivado 2014.1

1、PS寄存器功能划分

reg0：控制寄存器0（offset：0x00）

Bit	功能
Bit31~bit2	保留
Bit1	闸门信号Tpr
Bit0	复位/清零信号clr

reg1：数据寄存器Nstd（offset：0x04）

Bit	功能
Bit31~bit0	标准时钟计数值

reg2：数据寄存器Ntest（offset：0x08）

Bit	功能
Bit31~bit0	待测信号计数值

reg3：OLED控制寄存器（offset：0x0c）

Bit	功能
Bit31~bit6	保留
Bit5	OLED_VDD
Bit4	OLED_VBAT
Bit3	OLED_SDIN
Bit2	OLED_SCLK
Bit1	OLED_RES
Bit0	OLED_DC

2、具体实现

本文方案实现亦分为两部分，一是计数值的获取，该部分由测频控制模块（PL实现）完成；二是结果的计算及显示，该部分工作由PS完成。采用ZedBoard板载的100MHz时钟信号作为标准信号，可使测量的最大相对误差小于或等于10^-8。

2.1 频率计主控模块

测频主要控制部分结构图在原理篇已经给出，该结构并不复杂，且所用元件较为常见。因此可以自行编码实现，也可以调用元件库实现。

这部分涉及到创建基于AXI总线的IP核，方法和之前《Vivado轻松实现IP封装》的流程类似，差别在于选择操作类型为“Create a new AXI4 peripheral”，按向导完成即可，此处不再详述，如果有人想要详细教程可以留言给我。

主控模块仿真结果：

图1 测频控制模块仿真结果

我们在Testbench中给出的待测信号为：

always #24 itest_sig = ~itest_sig; // T=48ns F= 20.8333MHz

测量时间：tpr=1s

结果分析：

标准时钟计数值cnt_std=100000003

待测信号计数值cnt_test=20833334

待测信号频率为Ftest=20833334*100MHz/100000003=20.833333375MHz

绝对误差为：Ftest-F=20833333.375-20833333.333Hz=0.042Hz

相对误差为：(Ftest-F)/F=0.042/20833333.333=2.016e^-9

2.2 综合结果：

这个图质量不是太好，不是在自己电脑上做的，随手拍了一下，凑合看吧，从综合结果可以看出，实际产生的电路和我们设计的原理框图对应得很好。

2.3 结果的计算及其显示

计算很简单，就是一个除法，成功的关键在于AXI总线通信无误。

显示工作由OLED负责，之前做过OLED的驱动，此部分也不难，此处不予赘述，关于OLED请参考《一步步艰难搞定OLED》，若想移植到Vivado平台，遇到问题可以在本文提问。

4、测量结果及分析

实测数据：

	测量结果1(Hz)	测量结果2(Hz)
Std_cnt	99999965	99999978
Test_cnt	30303042	30303042

待测信号频率：

F=30.303030

计算结果：

Ftest1=(30303042/99999965)*100MHz=30303052.60Hz

相对误差：22，绝对误差：7.26*10^-7

Ftest2=(30303042/99999978)*100MHz=30303048.66Hz

绝对误差：18，相对误差：5.94*10^-7

这个地方有点疑问，从之前的理论分析来看，相对误差应该小于10^-8。实际测量的结果来看，相对误差远大于10-8，但是问题也不是太大，应该不是设计的问题，一个比较大的可能性是30.303030MHz的待测信号，这个30.303030MHz是ARM内核输出的信号，这个数值跟真正输出的频率应该是有差别的。另一个可能性是测量的闸门时间Tpr还不足1s，这里就不再多试了，精度也可以了。