基于明德?lián)P至簡設計法和明德?lián)P設計規(guī)范，設計一個基于FPGA的頻率、電壓測量儀器，實現了測量AD采集后的波形頻率和電壓（峰峰值），并將數值顯示在數碼管上。這個案例通過擴展還可結合明德?lián)P的波形采集顯示案例實現顯示波形頻率、峰峰值功能，還可拓展結合上次DDS案例產生的已知波形的頻率峰峰值，驗證本設計的正確性。

本案例的擴展和應用在現實生活中具有重大意義。

在本案例的設計過程中，應用了至簡設計法、狀態(tài)機模板應用等，在經過逐步改進、調試等一系列工作之后，最終達到了設計目標。

2、設計目標

（1）將AD采集后的數據轉換成同頻率的方波，并測量出波形實際頻率

（2）能夠實現測量出波形的周期

（3）能夠實現測量波形的峰峰值或者某個信號的電壓值

（4）數碼管顯示頻率或電壓值，并通過按鍵控制切換決定數碼管顯示頻率或電壓值

3、模塊功能

（1）頻率測量模塊實現功能：

將AD采集后的數據轉換成同頻率的方波；

測量出波形的實際頻率；

測量出波形的周期

（2）電壓測量模塊實現功能：

將AD采集后的數據進行緩沖；

記錄數據最大值和最小值；

根據公式得出波形的峰峰值（電壓）

（3）數碼管顯示模塊實現功能

數碼管顯示頻率值或者電壓值

通過按鍵1實現切換決定數碼管顯示頻率還是電壓

（4）按鍵模塊實現功能：

將外來異步信號打兩拍處理，將異步信號同步化；

實現20ms按鍵消抖功能，并輸出有效按鍵信號；

4、信號定義

（1）頂層模塊Freq_Volt_Top.v

（2）頻率測量模塊Frequency.v

（3）電壓測量模塊Voltage.v

（4）數碼管顯示模塊sel_disp.v

（5）按鍵模塊key_module.v

5、頻率測量代碼

利用明德?lián)P的四段式狀態(tài)機模板，可以很熟練地寫出狀態(tài)的轉換，先將ad_data取最高位，得到同頻率的方波，再分別計算方波高電平和低電平的時間，就可以得出一個周期的時間，從而計算出頻率值和峰峰值。利用wave的高低電平控制狀態(tài)機進入高電平計數或低電平計數狀態(tài)。

S1狀態(tài)：即wave=1時開始進行高電平計數，wave=0時證明變?yōu)榈碗娖剑涗浵?/span>high_cnt的最大值，代表高電平的時間。

S2狀態(tài)：即wave=0時開始進行低電平計數，wave=1時證明變?yōu)楦唠娖剑涗浵?/span>low_cnt的最大值，代表低電平的時間。

得到高電平和低電平的時間，相加即得到一個周期的時間，可以算出頻率值和周期值

FPGA原則上不能直接進行除法運算，因此調用除法器IP進行除法運算可以算出頻率值，取整數部分。

6、電壓測量

將AD數據和初始的最大值最小值相比較，如果AD數據大則賦值給fengzhi_max,如果AD數據小則賦值給fengzhi_min,經過一段時間后可以得出數據的最大值和最小值。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，為了能夠實時記錄數據最大最小值，需要定時刷新，因此設置1s RST信號，定時初始化fengzhi_max，fengzhi_min。

7、數碼管顯示

通過按鍵切換決定數碼管顯示頻率值還是電壓值。

動態(tài)掃描數碼管，同時顯示多個不同數字，顯示頻率和電壓信息。數碼顯示原理和案例具體請學習明德?lián)P論壇上資料。

在這個設計案例中，至簡設計法和明德?lián)P計數器模板、狀態(tài)機模板發(fā)揮了至關重要的作用，使我能夠快速準確完成設計。

本設計可以加以拓展：

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

對于初學者而言，流水燈太簡單，復雜項目又太難，不如嘗試一下這些相對簡單而又酷炫的案例，并一步步拓展成大項目。趕緊動手嘗試吧。