EDA课程设计-正弦信号发生器的设计

《EDA技术》设计报告设计题目正弦信号发生器的设计院系：信息工程学院专业：通信工程____学号：姓名：__________一．设计任务及要求1.设计任务:利用实验箱上的D/A转换器和示波器设计正弦波发生器，可以在示波器上观察到正弦波2.设计要求:（1）用VHDL编写正弦波扫描驱动电路（2）设计可以产生正弦波信号的电路（3）连接实验箱上的D/A转换器和示波器，观察正弦波波形二．设计方案（1）设计能存储数据的ROM模块，将正弦波的正弦信号数据存储在在ROM中，通过地址发生器读取，将正弦波信号输入八位D/A转化器，在示波器上观察波形（2）用VHDL编写正弦波信号数据，将正弦波信号输入八位D/A转化器，在示波器上观察波形三．设计框图图1设计框图信号发生器主要由以下几个部分构成：计数器用于对数据进行采样，ROM用于存储待采样的波形幅度数值，TLV5620用于将采集的到正弦波数字量变为模拟量，最后通过示波器进行测量获得的波形。其中，ROM设置为7根地址线，8个数据位，8位并行输出。TLV5260为串行输入的D/A转换芯片，因此要把ROM中并行输出的数据进行并转串。四．实现步骤1.定制ROM计数器7根地址线8位ROM并转串输出CLKTLV5620D/A转换RSTROM的数据位选择为8位，数据数选择128个。利用megawizardplug-inmanager定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将上面的波形数据加载于此ROM中。如图3所示。图2ROM存储的数据图3调入ROM初始化数据文件并选择在系统读写功能2.设计顶层顶层设计主要是通过编写VHDL语言或设计原理图用于产生计数信号和调用room存储的数据并输出。在此步骤里要建立EDA工程文件，工程文件结构如图4所示，SIN_CNT中的VHDL代码如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSIN_GNTISPORT(RST,CLK,EN:INSTD_LOGIC;ADDR:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);DOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDSIN_GNT;ARCHITECTUREBEHAVIOROFSIN_GNTISCOMPONENTROMISPORT(address:INSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);inclock:INSTD_LOGIC;q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDCOMPONENT;SIGNALQ:STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0);BEGINU:ROMPORTMAP(address=Q,inclock=CLK,q=DOUT);PROCESS(CLK,RST,EN)BEGINIFRST='0'THENQ=0000000;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFEN='1'THENQ=Q+1;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ADDR=Q;ENDBEHAVIOR;工程文件的建立步骤简述如下：1、新建一个文件夹。利用资源管理器，新建一个文件夹,如：E:\SIN_GNT。注意，文件夹名不能用中文。2、输入源程序。打开QuartusII，选择菜单“File”→“New”，在New窗中的“DeviceDesignFiles”中选择编译文件的语言类型，这里选“VHDLFiles”。然后在VHDL文本编译窗中键入如图4所示的VHDL程序。图4Quartusii编辑代码窗口3、文件存盘。选择“File”→“SaveAs”，找到已设立的文件夹e:\SIN_GNT，存盘文件名应该与实体名一致，即singt.vhd。当出现问句“Doyouwanttocreate…”时，若选“否”，可按以下的方法进入创建工程流程；若选“是”，则直接进入创建工程流程，创建工程流程如下：3.1、建立新工程管理窗。选择菜单“File”→“NewPrejectWizard”，即弹出工程设置对话框。点击此框最上一栏右侧的按钮“…”，找到文件夹E:\SIN_GNT，选中已存盘的文件singt.vhd（一般应该设定顶层设计文件为工程），再点击“打开”，即出现如图5所示设置情况。其中第一行表示工程所在的工作库文件夹；第二行表示此项工程的工程名，此工程名可以取任何其它的名，通常直接用顶层文件的实体名作为工程名，第三行是顶层文件的实体名。3.2、将设计文件加入工程中。然后点击下方的“Next”按钮，在弹出的对话框中点击“File”栏的按钮，将此工程相关的所有VHDL文件加入进此工程(如果有的话)，即得到如图6所示的情况。工程的文件加入的方法有两种：第1种是点击右边的“AddAll”按钮，将设定的工程目录中的所有VHD文件加入到工程文件栏中；第2种方法是点击“…”按钮，从工程目录中选出相关的VHDL文件。图5为工程文件命名3.3、选择仿真器和综合器类型。点击图6的“Next”按钮，这时弹出的窗是选择仿真器和综合器类型的，如果都是选默认的“NONE”，表示都选QuartusII中自带的仿真器和综合器，因此，在此都选默认项“NONE”。3.4、选择目标芯片。再次点击“Next”，选择目标芯片。首先在“Family”栏选芯片系列，在此选“Cyclone”系列，并在此栏下选“Yes”，即选择一确定目标器件。再按键“Next”，选择此系列的具体芯片：EP1T3C144C8（图7），按键“Next”后，弹出工程设置统计窗口，以上列出了此项工程的相关设置情况。图6添加工程文件图7选择器件芯片类型3.5、结束设置。最后按键“Finish”，即已设定好此工程（图8），此工程管理窗主要显示工程项目的层次结构。图8Quartusii中EDA工程文件结构对程序进行编译，以测程序是否有错误，最终生成的原理图图9。图9编译仿真后生成的原理图4.仿真仿真就是对设计项目进行一项全面彻底的测试，以确保设计项目的功能和时序特性，以及最后的硬件器件的功能与原设计相吻合。仿真操作前必须利用QuartusII的波形编辑器建立一个矢量波形文件以作仿真激励。VWF文件将仿真输入矢量和仿真输出描述成为一波形的图形来实现仿真。QuartusII允许对整个设计项目进行仿真测试，也可以对该设计中的任何子模块进行仿真测试。方法是设定为“Simulationfocus”。仿真设定单元（SimulationSettings）允许设计者指定该模块的仿真类型，仿真覆盖的时序和矢量激励源等。Time/Vectors仿真参数设定窗允许设定仿真时间区域，以及矢量激励源。对工程的编译通过后，必须对其功能和时序性质进行仿真测试，以了解设计结果是否满足原设计要求。步骤如下：4.1、打开波形编辑器。选择菜单File中的New项，在New窗中选“OtherFiles”中的“VectorWaveformFile”，点击OK，即出现空白的波形编辑器。4.2、设置仿真时间区域。为了使仿真时间轴设置在一个合理的时间区域上，在Edit菜单中选择“EndTime”项，在弹出的窗中的“Time”窗中键入50，单位选“us”，即整个仿真域的时间即设定为50微秒，点击OK，结束设置。4.3、存盘波形文件。选择File中的“Saveas”，将以名为cnt4b.vwf（默认名）的波形文件存入文件夹E:\sin_gnt\中。图10工程仿真图形4.4、输入信号节点。将计数器计的端口信号节点选入此波形编辑器中。方法是首先选View菜单中的“UtilityWindows”项的“NodeFinder”选项。其对话框如图3-21所示，在Filter框中选Pins:all，然后点击“List”钮。于是在下方的“NodesFound”窗中出现了设计中的singt工程的所有端口引脚名（如果此对话框中的“List”不显示，需要重新编译一次，即选Processing→StartCompilation，然后再重复以上操作过程）。用鼠标将重要的端口节点CLK和输出总线信号DOUT都拖到波形编辑窗，点击波形窗左侧的全屏显示钮，使全屏显示，并点击放大缩小钮后，用鼠标在波形编辑区域右键点击，使仿真坐标处于适当位置。4.5、编辑输入波形（输入激励信号）。点击时钟名CLK，使之变兰色，再点击左列的时钟设置键，在Clock窗中设置CLK的周期为3us；所示的Clock窗中的“Dutycycle”是占空比，可选50，即50%占空比，再对文件存盘。4.6、总线数据格式设置。如果点击如图3-22所示的输出信号“DOUT”左旁的“+”，则将展开此总线中的所有信号；如果双击此“+”号左旁的信号标记，将弹出对该信号数据格式设置的对话框。在该对话框的“Radix”栏有4。4.7、启动仿真器。所有设置完毕，在菜单Processing项选“StartSimulation”，直到出现“Simulationwassuccessful”。在进行完工程仿真后便可以进行硬件仿真，将程序下载到锁定了引脚的芯片上，芯片锁定图如下：图11引脚锁定图图12硬件仿真波形5.链接DA和波形测试将FPGA产生的波形数据介入到DA转换芯片上，并设置同步脉冲。然后通过示波器观察，便可看到如图12和图13的波形图。图12波形测量1图13波形测量2五．总结这次EDA实验设计历时两个星期，学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。主要可以从以下两个方面进行总结。第一在专业知识上：EDA的学习对数字电路有个很高的要求，通过这次编程学习，使我明白了专业基础知识的重要性和有用性。同时，软件的使用技巧作为一行基本功需要熟练的掌握，只有既有专业知识，又会动手实践才能把知识学好用好。第二在综合能力上：在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。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。