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BCD码减法运算采用行波进位方法，因此必须尽量减小进位逻辑上的延迟。ACEX 1K系列的每个LE中都提供了一个专用的进位链和级联链，充分利用这些资源可以提高多位串行BCD码减法的性能。根据ACEX1K系列周期约束，其延时为：

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

式中，Tco为clock-output的延时，Tsu为建立时间，两个时间均可达到1~2ns；B表示数据延时，为0．6ns;E-C)表示时钟倾斜［4］。因此，总时钟延时为4．6ns，即工作频率可以达到200MHz以上。本文采用100MHz的工作频率，提高了运算速度。为了减小延时、提高工作效率，在对布局布线进行精确控制以后，把BCD码减法运算做成模块，在除法运算过程反复调用，达到了模块复用效果，大大提高了资源的利用率。

在整个BCD码除法运算单元，首先通过输入数据决定信号是否超出测量范围。

·当ov1为1时，该信号的频率大于1Hz；

·当NSNX，该信号的频率大于100MHz；

·当NS=NX，该信号的频率为1Hz；

·当NS>NX，该信号频率在测量范围内。

根据输入的NS和NX计算输入信号的频率。

除法运算通过双状态机的设计控制一个BCD码减法运算。所有状态用同一时钟进行控制，实现了系统的同步设计，消除了异步逻辑中存在的种种险象。各个状态之间的关系如图5所示。当计数模块完成计数时，则将数输入除法模块，开始移位以确定输入的值；然后发clrs信号到BCD码减法运算单元开始运算，循环相减。当循环结束时，发回一个HNS信号，部分余数开始移位，进行下一轮的循环。最终输出FOUT，即运算单元结束。

本频率计设计采用8位的十进制计数器，随后应用状态机实现了高速串行BCD码除法运算，计算出频率值。对BCD码减法模块的复用，减小了资源的利用。

当今VLSI的发展日新月异，FPGA的容量和速度成倍地增长，而价格却逐年下降，这将使得基于FPGA设计的数字频率计优势更加明显。相信这一技术必将得到更加广泛的应用。

关键词： 频率测量 周期测量 FPGA VHDL 状态机