EDA课程报告正弦波信号发生器的方案设计书.docx
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EDA课程报告正弦波信号发生器的方案设计书
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
《EDA》课程设计报告
——正弦波信号发生器的设计
一、设计目的：
进一步熟悉QuartusII及其LPM_ROM与FPGA硬件资源的使用方法。
培养动手能力以及合作能力。
二、设计要求：
1、clk为12MHz。
2、通过DAC0832输出正弦波电压信号，电压范围0～-5V。
3、通过示波器观察波形。
三、设计内容：
在QUARTUS
上完成正弦波信号发生器的设计，包括仿真和资源利用情况了解（假设利用Cyclone器件）。
最后在实验系统上实测，包括FPGA中ROM的在系统数据读写测试和利用示波器测试。
信号输出的D/A使用实验系统上的ADC0832。
四、设计原理：
图1所示的正弦波信号发生器的结构由四部分组成：
1、计数器或地址发生器（这里选择10位）。
2、正弦信号数据ROM（10位地址线，8位数据线），含有1024个8位数据（一个周期）。
3、VHDL顶层设计。
4、8位D/A（实验中可用ADC0832代替）。
图1所示的信号发生器结构图中，顶层文件singt.vhd在FPGA中实现，包含两个部分：
ROM的地址信号发生器，由10位计数器担任；一个正弦数据ROM，由LPM_ROM模块构成。
LPM_ROM底层是FPGA中的EAB、ESB或M4K等模块。
地址发生器的时钟clk的输入频率fo与每周期的波形数据点数（在此选择1024点），以及D/A输出的频率f的关系是：
f=fo/1024
图1正弦信号发生器结构框图
图2正弦波信号发生器的设计图
五、设计步骤：
1、建立.mif格式文件
首先，mif文件可用C语言程序生成，产生正弦波数值的C程序如下：
#include
#include
main（）
{
inti。
floats。
for（i=0。
i<1024。
i++）
{
s=sin（atan
（1）*8*i/256）。
printf（"%d:
%d。
\n",i,（int）（（s+1）*255/2））
}
}
其次，把上述程序编译后，在DOS命令行下执行命令：
romgen>sdata.mif。
将生成的sdata.mif文件，再加上.mif文件的头部说明即可。
.mif文件的头部说明如下所示：
WIDTH=8。
DEPTH=1024。
ADDRESS_RADIX=DEC。
DATA_RADIX=DEC。
CONTENTBEGIN
0:
127。
1:
130。
2:
133。
3:
136。
4:
139。
5:
143。
6:
146。
……（数据略去）
1016:
102。
1017:
105。
1018:
108。
1019:
111。
1020:
115。
1021:
118。
1022:
121。
1023:
124。
END。
2、在设计正弦波信号发生器前，必须首先完成存放波形数据ROM的设计。
利用MegaWizardPlug-Inmanager定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将以上的波形数据加载于此ROM中。
设计步骤如下：
1）打开MegaWizardPlug-Inmanager初始对话框。
在Tools菜单中选择MegaWizardPlug-Inmanager产生一个对话框，选择Createanewcustom...项，即定制一个新的模块。
单击Next按钮后，在所产生的对话框的左栏选择Storage项下的LPM_ROM，再选择CycloneⅡ器件和VHDL语言方式；最后输入ROM文件存放的路径和文件名：
e:
\www\rom_1024.vhd，单击Next按钮。
2）选择ROM控制线、地址线和数据线。
在弹出的对话框中选择地址线位宽和ROM中数据数分别为10和1024；选择地址锁存控制信号clock。
3）单击Next按钮在对话框的“WhatshouldtheRAM…”栏选择默认的Auto。
在栏选择“Doyouwantto…Yes,usethisfileformemorycontentdata”项，并按Browse钮，选择指定路径上的文件rom_1024.mif。
在“AllowIn-SystemMemory…”栏选择打勾，并在“TheInstanceIDofthisROM”栏输入ROM1，作为ROM的ID名称。
最后单击Next按钮，再单击Finish按钮后完成ROM定制。
4）打开此文件可以看到其中调用初始化数据文件的语句为：
init_file=>"sdata.mif"。
最后生成的ROM元件文件如源代码1所示，其中的init_file指向已做了修改。
修改后用于例化的波形数据ROM文件rom_1024.vhd如下。
六、源代码：
1）、源代码1如下所示：
LIBRARYieee。
USEieee.std_logic_1164.all。
LIBRARYaltera_mf。
USEaltera_mf.altera_mf_components.all。
ENTITYrom_1024IS
PORT
（address:
INSTD_LOGIC_VECTOR（9DOWNTO0）。
clock:
INSTD_LOGIC。
q:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）
）。
ENDrom_1024。
ARCHITECTURESYNOFrom_1024IS
SIGNALsub_wire0:
STD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）。
COMPONENTaltsyncram
--例化altsyncram元件，调用了LPM模块altsyncram
GENERIC（--参数传递语句
--类属参量数据类型定义
intended_device_family:
STRING。
width_a:
NATURAL。
widthad_a:
NATURAL。
numwords_a:
NATURAL。
operation_mode:
STRING。
outdata_reg_a:
STRING。
address_aclr_a:
STRING。
outdata_aclr_a:
STRING。
width_byteena_a:
NATURAL。
init_file:
STRING。
lpm_hint:
STRING。
lpm_type:
STRING
）。
PORT（--altsyncram元件接口声明
clock0:
INSTD_LOGIC。
address_a:
INSTD_LOGIC_VECTOR（9DOWNTO0）。
q_a:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（7DOWNTO0）
）。
ENDCOMPONENT。
BEGIN
q<=sub_wire0（7DOWNTO0）。
altsyncram_component:
altsyncram
GENERICMAP（
intended_device_family=>"Cyclone",
--参数传递映射
width_a=>8,--数据线宽度8
widthad_a=>10,--地址线宽度10
numwords_a=>1024,--数据数量1024
operation_mode=>"ROM",--LPM模式ROM
outdata_reg_a=>"CLOCK0",--输出锁存CLOCK0
address_aclr_a=>"NONE",--无异步地址清0
outdata_aclr_a=>"NONE",--无输出锁存异步清0
width_byteena_a=>1,--byteena_a输出口宽度1
init_file=>"sdata.mif",--ROM初始化数据文件
lpm_hint=>"ENABLE_RUNTIME_MOD=NO",
lpm_type=>"altsyncram"--LPM类型
）
PORTMAP（
clock0=>clock,
address_a=>address,
q_a=>sub_wire0
）。
ENDSYN。
2）、顶层设计代码：
libraryieee。
useieee.std_logic_1164.all。
useieee.std_logic_unsigned.all。
entitysingtis
port（clk:
instd_logic。
--信号源时钟
dout:
outstd_logic_vector（7downto0））。
--8位波形数据输出
endsingt。
architecturedaccofsingtis
componentrom_1024
--调用波形数据存储器LPM_ROM,
文件:
rom_1024.vhd声明
port（address:
instd_logic_vector（9downto0）。
--10位地址信号
clock:
instd_logic。
--地址锁存时钟
q:
outstd_logic_vector（7downto0））。
endcomponent。
signalq1:
std_logic_vector（9downto0）。
--设内部节点作为地址计数器
begin
process（clk）--LPM_ROM地址发生进程
begin
ifclk'eventandclk='1'then
q1<=q1+1。
--Q1作为地址发生器计数器
endif。
endprocess。
u1:
rom_1024portmap（address=>q1,q=>dout,clock=>clk）。
--例化
enddacc。
3）为此顶层设计创建一项工程，工程名和实体名都是singt。
4）全程编译一次后进入时序仿真测试。
由波形可见，随着每一个时钟上升沿的到来，输出端口将正弦波数据依次输出。
5）硬件测试。
选择电路模式5，则时钟CLK接实验箱的clock0。
将dout（0）…dout（7）分别锁定于实验系统上与DAC0832相接的I/O口：
PIO24、PIO25、PIO26、PIO27、PIO28、PIO29、PIO30、PIO31。
编译下载singt.sof后，打开电压开关，将CLK的时钟通过实验箱上clock0的跳线选择频率为12MHZ，再将示波器接于实验箱的两个挂钩上就能观察波形的输出情况了。
七、仿真波形图：
八、仿真电路图：
九、引脚锁定：
一十、设计结果：
Clock0=12MHZ,输出频率为：
f=47KHZ,周期为：
T=21us
一十一、设计体会：
在本次设计的过程中，我在编译过程中出现问题，第一个问题出在建立.mif格式文件中，没有将生成的sdata.mif文件加上.mif文件的头部说明。
.mif文件的头部说明如下所示：
WIDTH=8。
DEPTH=1024。
ADDRESS_RADIX=DEC。
DATA_RADIX=DEC。
CONTENTBEGIN
0:
127。
1:
130。
……（数据略去）
1023:
124。
END。
由于没有加.mif文件的头部说明，导致用于例化的波形数据ROM文件rom_1024.vhd编译失败。
最后在老师的指导帮助下，正确的把.mif文件的头部说明加在了生成的sdata.mif文件中，这样rom_1024.vhd文件编译成功。
第二个问题出现在完成存放波形数据ROM的设计过程中，没有正确的选择指定路径文件名sdata.mif导致用于例化的波形数据ROM文件rom_1024.vhd编译失败，经过我的思考和分析后，我正确的选择指定路径文件名sdata.mif，这样编译正确通过。
最后，正确的设计正弦波信号发生器的顶层文件sight.vhd，使设计顺利的通过编译。
在编译下载singt.sof后，当改变实验箱上clock0的跳线频率时，相应的波形输出情况也发生相应的变化。
在这次设计中，我也深深地体会到“细节决定成败”这句话的真正含义，也许就因为一个小的细节就会导致设计的失败。
这次设计也启发了我在以后的学习中一定要耐心、细心、认真，不可粗枝大叶。
libraryieee。
useieee.std_logic_1164.all。
useieee.std_logic_unsigned.all。
entityabcis
port（
clk:
instd_logic。
dout:
outintegerrange255downto0。
a:
instd_logic）。
END。
architectureoneofabcis
signalQ:
integerrange127downto0。
signalW:
integerrange255downto0。
signalD:
integerrange255downto0。
signalC:
integerrange63downto0。
begin
process（clk）
begin
ifclk'eventandclk='1'thenQ<=Q+1。
C<=C+1。
ifQ<127THENQ<=Q+1。
ELSEQ<=0。
ifC<63THENC<=C+1。
ELSEC<=0。
ENDIF。
ENDIF。
ENDIF。
ENDPROCESS。
PROCESS（C,Q）
BEGIN
CASECIS
WHEN000=>D<=255。
WHEN001=>D<=254。
WHEN002=>D<=252。
WHEN003=>D<=249。
WHEN004=>D<=245。
WHEN005=>D<=239。
WHEN006=>D<=233。
WHEN007=>D<=225。
WHEN008=>D<=217。
WHEN009=>D<=207。
WHEN010=>D<=197。
WHEN011=>D<=186。
WHEN012=>D<=174。
WHEN013=>D<=162。
WHEN014=>D<=150。
WHEN015=>D<=137。
WHEN016=>D<=124。
WHEN017=>D<=112。
WHEN018=>D<=99。
WHEN019=>D<=87。
WHEN020=>D<=75。
WHEN021=>D<=64。
WHEN022=>D<=53。
WHEN023=>D<=43。
WHEN024=>D<=34。
WHEN025=>D<=26。
WHEN026=>D<=19。
WHEN027=>D<=13。
WHEN028=>D<=8。
WHEN029=>D<=4。
WHEN030=>D<=1。
WHEN031=>D<=0。
WHEN032=>D<=0。
WHEN033=>D<=1。
WHEN034=>D<=4。
WHEN035=>D<=8。
WHEN036=>D<=13。
WHEN037=>D<=19。
WHEN038=>D<=26。
WHEN039=>D<=34。
WHEN040=>D<=43。
WHEN041=>D<=53。
WHEN042=>D<=64。
WHEN043=>D<=75。
WHEN044=>D<=87。
WHEN045=>D<=99。
WHEN046=>D<=112。
WHEN047=>D<=124。
WHEN048=>D<=137。
WHEN049=>D<=150。
WHEN050=>D<=162。
WHEN051=>D<=174。
WHEN052=>D<=186。
WHEN053=>D<=197。
WHEN054=>D<=207。
WHEN055=>D<=217。
WHEN056=>D<=225。
WHEN057=>D<=233。
WHEN058=>D<=239。
WHEN059=>D<=245。
WHEN060=>D<=249。
WHEN061=>D<=252。
WHEN062=>D<=254。
WHEN063=>D<=255。
ENDCASE。
CASEQIS
WHEN000=>W<=255。
WHEN001=>W<=251。
WHEN002=>W<=247。
WHEN003=>W<=243。
WHEN004=>W<=239。
WHEN005=>W<=235。
WHEN006=>W<=231。
WHEN007=>W<=227。
WHEN008=>W<=223。
WHEN009=>W<=219。
WHEN010=>W<=215。
WHEN011=>W<=211。
WHEN012=>W<=207。
WHEN013=>W<=203。
WHEN014=>W<=199。
WHEN015=>W<=195。
WHEN016=>W<=191。
WHEN017=>W<=187。
WHEN018=>W<=183。
WHEN019=>W<=179。
WHEN020=>W<=175。
WHEN021=>W<=171。
WHEN022=>W<=167。
WHEN023=>W<=163。
WHEN024=>W<=159。
WHEN025=>W<=155。
WHEN026=>W<=151。
WHEN027=>W<=147。
WHEN028=>W<=143。
WHEN029=>W<=139。
WHEN030=>W<=135。
WHEN031=>W<=131。
WHEN032=>W<=127。
WHEN033=>W<=123。
WHEN034=>W<=119。
WHEN035=>W<=115。
WHEN036=>W<=111。
WHEN037=>W<=107。
WHEN038=>W<=103。
WHEN039=>W<=99。
WHEN040=>W<=95。
WHEN041=>W<=91。
WHEN042=>W<=87。
WHEN043=>W<=83。
WHEN044=>W<=79。
WHEN045=>W<=75。
WHEN046=>W<=71。
WHEN047=>W<=67。
WHEN048=>W<=63。
WHEN049=>W<=59。
WHEN050=>W<=55。
WHEN051=>W<=51。
WHEN052=>W<=47。
WHEN053=>W<=43。
WHEN054=>W<=39。
WHEN055=>W<=35。
WHEN056=>W<=31。
WHEN057=>W<=27。
WHEN058=>W<=23。
WHEN059=>W<=19。
WHEN060=>W<=15。
WHEN061=>W<=11。
WHEN062=>W<=7。
WHEN063=>W<=3。
WHEN064=>W<=3。
WHEN065=>W<=7。
WHEN066=>W<=11。
WHEN067=>W<=15。
WHEN068=>W<=19。
WHEN069=>W<=23。
WHEN070=>W<=27。
WHEN071=>W<=31。
WHEN072=>W<=35。
WHEN073=>W<=39。
WHEN074=>W<=43。
WHEN075=>W<=47。
WHEN076=>W<=51。
WHEN077=>W<=55。
WHEN078=>W<=59。
WHEN079=>W<=63。
WHEN080=>W<=67。
WHEN081=>W<=71。
WHEN082=>W<=75。
WHEN083=>W<=79。
WHEN084=>W<=83。
WHEN085=>W<=87。
WHEN086=>W<=91。
WHEN087=>W<=95。
WHEN088=>W<=99。
WHEN089=>W<=103。
WHEN090=>W<=107。
WHEN091=>W<=111。
WHEN092=>W<=115。
WHEN093=>W<=119。
WHEN094=>W<=123。
WHEN095=>W<=127。
WHEN096=>W<=131。
WHEN097=>W<=135。
WHEN098=>W<=139。
WHEN099=>W<=143。
WHEN100=>W<=147。
WHEN101=>W<=151。
WHEN102=>W<=155。
WHEN103=>W<=159。
WHEN104=>W<=163。
WHEN105=>W<=167。
WHEN106=>W<=171。
WHEN107=>W<=175。
WHEN108=>W<=179。
WHEN109=>W<=183。
WHEN110=>W<=187。
WHEN111=>W<=191。
WHEN112=>W<=195。
WHEN113=>W<=199。
WHEN114=>W<=203。
WHEN115=>W<=207。
WHEN116=>W<=211。
WHEN117=>W<=215。
WHEN118=>W<=219。
WHEN119=>W<=223
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