基于高速串行BCD碼除法的數(shù)字頻率計的設(shè)計

BCD碼減法運算采用行波進(jìn)位方法，因此必須盡量減小進(jìn)位邏輯上的延遲。ACEX 1K系列的每個LE中都提供了一個專用的進(jìn)位鏈和級聯(lián)鏈，充分利用這些資源可以提高多位串行BCD碼減法的性能。根據(jù)ACEX1K系列周期約束，其延時為：

Tclk=Tco+B+Tsu-(E-C)

式中，Tco為clock-output的延時，Tsu為建立時間，兩個時間均可達(dá)到1~2ns；B表示數(shù)據(jù)延時，為0．6ns;E-C)表示時鐘傾斜［4］。因此，總時鐘延時為4．6ns，即工作頻率可以達(dá)到200MHz以上。本文采用100MHz的工作頻率，提高了運算速度。為了減小延時、提高工作效率，在對布局布線進(jìn)行精確控制以后，把BCD碼減法運算做成模塊，在除法運算過程反復(fù)調(diào)用，達(dá)到了模塊復(fù)用效果，大大提高了資源的利用率。

在整個BCD碼除法運算單元，首先通過輸入數(shù)據(jù)決定信號是否超出測量范圍。

·當(dāng)ov1為1時，該信號的頻率大于1Hz；

·當(dāng)NSNX，該信號的頻率大于100MHz；

·當(dāng)NS=NX，該信號的頻率為1Hz；

·當(dāng)NS>NX，該信號頻率在測量范圍內(nèi)。

根據(jù)輸入的NS和NX計算輸入信號的頻率。

除法運算通過雙狀態(tài)機的設(shè)計控制一個BCD碼減法運算。所有狀態(tài)用同一時鐘進(jìn)行控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)的同步設(shè)計，消除了異步邏輯中存在的種種險象。各個狀態(tài)之間的關(guān)系如圖5所示。當(dāng)計數(shù)模塊完成計數(shù)時，則將數(shù)輸入除法模塊，開始移位以確定輸入的值；然后發(fā)clrs信號到BCD碼減法運算單元開始運算，循環(huán)相減。當(dāng)循環(huán)結(jié)束時，發(fā)回一個HNS信號，部分余數(shù)開始移位，進(jìn)行下一輪的循環(huán)。最終輸出FOUT，即運算單元結(jié)束。

本頻率計設(shè)計采用8位的十進(jìn)制計數(shù)器，隨后應(yīng)用狀態(tài)機實現(xiàn)了高速串行BCD碼除法運算，計算出頻率值。對BCD碼減法模塊的復(fù)用，減小了資源的利用。

當(dāng)今VLSI的發(fā)展日新月異，FPGA的容量和速度成倍地增長，而價格卻逐年下降，這將使得基于FPGA設(shè)計的數(shù)字頻率計優(yōu)勢更加明顯。相信這一技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。