EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告 正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的 通過本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步了解QUARTUS 與LPM_ROM與FPGA硬件功能的使用方法。培養(yǎng)自己查閱資料及解決問題的能力。二、設(shè)計(jì)要求1、 通過按鍵，可以控制輸出的是正弦波或三角波。2、 通過ADC0832輸出正弦波與三角波，電壓V范圍在0至-10V之間3、 通過示波器觀察波形。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 在QUARTUSII上完成信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。最后在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)測(cè)，包括FPGA中ROM的在系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫測(cè)試和利用示波器測(cè)試。信號(hào)輸出的D/A使用實(shí)驗(yàn)板上的ADC0832。四、 設(shè)計(jì)原理： 圖1所示的波信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)由五部分組成：1、計(jì)數(shù)器或地址發(fā)生器（這里選擇8位）。正弦信號(hào)數(shù)據(jù)ROM（8位地址線，8位數(shù)據(jù)線），含有256個(gè)8位數(shù)據(jù)（一個(gè)周期）。2、VHDL頂層設(shè)計(jì)。3、8位D/A圖1所示的信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖中，頂層文件adc.vhd在FPGA中實(shí)現(xiàn)，包含兩個(gè)部分：ROM的地址信號(hào)發(fā)生器，由8位計(jì)數(shù)器擔(dān)任；一個(gè)正弦數(shù)據(jù)ROM（或者一個(gè)三角波數(shù)據(jù)ROM），由LPM_ROM模塊構(gòu)成。地址發(fā)生器的時(shí)鐘clk的輸入頻率fo與每周期的波形數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)（在此選擇256點(diǎn)），以及D/A輸出的頻率f的關(guān)系是：f=fo/256 VHDL頂層設(shè)計(jì)adc.vhd 正弦波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)ROM1 20分頻8位計(jì)數(shù)器（地址發(fā)生器）8位D/A按鍵3三角波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)ROM2 圖1 正弦信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖 圖一 信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖 圖2 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)圖五、 設(shè)計(jì)步驟：1、 建立.mif格式文件mif文件可用C語言程序生成，產(chǎn)生正弦波數(shù)值的C程序如下：#include#includemain()int i;float s;for(i=0;i256;i+)s=sin(atan(1)*8*i/256);printf(%d :%d;n,i,(int)(s+1)*255/2)以zx.c保存。產(chǎn)生三角波數(shù)值的C程序如下：#include#includemain()int i;float s;for(i=0;i zx.mif;sj sj.mif;將生成的*.mif 文件，再加上.mif文件的頭部說明即可。.mif文件的頭部說明如下所示：WIDTH=8;DEPTH=256;ADDRESS_RADIX=DEC;DATA_RADIX=DEC;CONTENT BEGIN(數(shù)據(jù)略去)END;2、 在設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器前，必須首先完成存放波形數(shù)據(jù)ROM的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟如下：1） 打開QUARTUS 。在files菜單中選擇new產(chǎn)生一個(gè)對(duì)話框，選擇Block Diagram/Schematic File 項(xiàng)，會(huì)生成一個(gè)*.bdf文件，雙擊文件空白處，跳出symbol窗口，在改窗口下選擇megafunctionsstoragelpm_rom。2） 在跳出的 MegaWizard Plug-In Manager中選 擇VHDL，路徑保存在D：chengxv中3） 在parameter settings 窗口中，選擇currently selected device family :cyclone.選擇ROM控制線、地址線和數(shù)據(jù)線。在彈出的對(duì)話框中選擇地址線位寬和ROM中數(shù)據(jù)數(shù)分別為8和64；選擇地址鎖存控制信號(hào)dual clock。在對(duì)話框的“What should the RAM”欄選擇默認(rèn)的Auto。4） 單擊NEXT，將此界面數(shù)據(jù)如圖設(shè)置5） 單擊Next按鈕，選擇BROWSE，選擇利用C做成的MIF文件，將此模塊命名為ROM0，再單擊Finish 按鈕后完成ROM0定制。6） 打開此文件可以看到其中調(diào)用初始化數(shù)據(jù)文件的語句為：init_file = .mif。最后生成的ROM0元件文件如源代碼1所示. 六、 源代碼：1）、源代碼1如下所示：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;LIBRARY altera_mf;USE altera_mf.all;ENTITY ROM0 ISPORT(address: IN STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);inclock: IN STD_LOGIC ;q: OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);END ROM0;ARCHITECTURE SYN OF ROM0 ISSIGNAL sub_wire0: STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);COMPONENT altsyncramGENERIC (address_aclr_a: STRING;init_file: STRING;intended_device_family: STRING;lpm_hint: STRING;lpm_type: STRING;numwords_a: NATURAL;operation_mode: STRING;outdata_aclr_a: STRING;outdata_reg_a: STRING;widthad_a: NATURAL;width_a: NATURAL;width_byteena_a: NATURAL);PORT (clock0: IN STD_LOGIC ;address_a: IN STD_LOGIC_VECTOR (5 DOWNTO 0);q_a: OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);END COMPONENT;BEGINq NONE,init_file = ././ad.mif,intended_device_family = Cyclone,lpm_hint = ENABLE_RUNTIME_MOD=NO,lpm_type = altsyncram,numwords_a = 64,operation_mode = ROM,outdata_aclr_a = NONE,outdata_reg_a = UNREGISTERED,widthad_a = 6,width_a = 8,width_byteena_a = 1)PORT MAP (clock0 = inclock,address_a = address,q_a = sub_wire0);END SYN;2）、頂層設(shè)計(jì)代碼：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ADC ISPORT ( CLK:in STD_LOGIC;DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);key:in STD_LOGIC);END ;ARCHITECTURE DACC OF ADC IS COMPONENT ROM0 PORT(address: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); inclock: IN STD_LOGIC;q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ) ; END COMPONENT; COMPONENT ROM1 PORT(address: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); inclock: IN STD_LOGIC;q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ) ; END COMPONENT; SIGNAL CLK1:STD_LOGIC;SIGNAL Q0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL Q1:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL Q2:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL Q3:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKevent and CLK=1 THEN IF Q00110 THEN Q0=Q0+1;ELSE Q0=0000;CLK1= NOT CLK1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK1)BEGINIF CLK1event and CLK1=1 THEN Q1Q1,q=Q2,inclock=CLK);u1:ROM0 PORT MAP(address=Q1,q=Q3,inclock=CLK);process(key)beginif key=1 then DOUT=Q2;else DOUT=Q3; END IF; END PROCESS;END ;3）為此頂層設(shè)計(jì)創(chuàng)建一項(xiàng)工程，工程名和實(shí)體名都是adc。4）全程編譯一次后進(jìn)入時(shí)序仿真測(cè)試。由波形可見，隨著每一個(gè)時(shí)鐘上升沿的到來，輸出端口將正弦波數(shù)據(jù)依次輸出。 5）硬件測(cè)試。選擇電路模式5，則時(shí)鐘CLK接實(shí)驗(yàn)箱的clock0 。將dout(0)dout(7)分別鎖定于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上與DAC0832相接的I/O口：PIO24、PIO25、PIO26、PIO27、PIO28、PIO29、PIO30、PIO31。編譯下載adc.sof后，打開電壓開關(guān)，將CLK的時(shí)鐘通過實(shí)驗(yàn)箱上clock0的跳線選擇頻率為12MHZ，再將示波器接于實(shí)驗(yàn)箱的兩個(gè)掛鉤上就能觀察波形的輸出情況了。七、 仿真波形圖：八、 引腳鎖定：九、 設(shè)計(jì)結(jié)果：Clock0=12MHZ,輸出頻率為：f=47KHZ,周期為：T=21us十、 設(shè)計(jì)體會(huì)：在本次設(shè)計(jì)的過程中，我在編譯過程中出現(xiàn)問題，第一個(gè)問題出在建立.mif格式文件中，沒有將生成的sdata.mif文件加上.mif文件的頭部說明。.mif文件的頭部說明如下所示：WIDTH=8;DEPTH=1024;ADDRESS_RADIX=DEC;DATA_RADIX=DEC;CONTENT BEGIN0:127;1:130;（數(shù)據(jù)略去）1023:124;END;18