EDA实验 正弦波信号发生器设计.doc

实验八 正弦信号发生器的设计一、实验目的 1、 学习用VHDL设计波形发生器和扫频信号发生器。2、 掌握FPGA对D/A的接口和控制技术，学会LPM_ROM在波形发生器设计中的实用方法。二、实验仪器PC机 、 EDA实验箱 一台 Quartus II 6.0软件 三、实验原理如实验图所示，完整的波形发生器由4部分组成： FPGA中的波形发生器控制电路，它通过外来控制信号和高速时钟信号，向波形数据ROM发出地址信号，输出波形的频率由发出的地址信号的速度决定；当以固定频率扫描输出地址时，模拟输出波形是固定频率，而当以周期性时变方式扫描输出地址时，则模拟输出波形为扫频信号。 波形数据ROM中存有发生器的波形数据，如正弦波或三角波数据。当接受来自FPGA的地址信号后，将从数据线输出相应的波形数据，地址变化得越快，则输出数据的速度越快，从而使D/A输出的模拟信号的变化速度越快。波形数据ROM可以由多种方式实现，如在FPGA外面外接普通ROM；由逻辑方式在FPGA中实现（如例6）；或由FPGA中的EAB模块担当，如利用LPM_ROM实现。相比之下，第1种方式的容量最大，但速度最慢；，第2种方式容量最小，但速度最最快；第3种方式则兼顾了两方面的因素； D/A转换器负责将ROM输出的数据转换成模拟信号，经滤波电路后输出。输出波形的频率上限与D/A器件的转换速度有重要关系，本例采用DAC0832器件。DAC0832是8位D/A转换器，转换周期为1s，其引脚信号以及与FPGA目标器件典型的接口方式如附图2-7所示。其参考电压与5V工作电压相接（实用电路应接精密基准电压）。DAC0832的引脚功能简述如下： ILE（PIN 19）：数据锁存允许信号，高电平有效，系统板上已直接连在5V上。 WR1、WR2（PIN 2、18）：写信号1、2，低电平有效。 XFER(PIN 17)：数据传送控制信号，低电平有效。 VREF（PIN 8）：基准电压，可正可负，10V10V。 RFB（PIN 9）：反馈电阻端。 IOUT1/ IOUT2（PIN 11、12）：电流输出1和2 。D/A转换量是以电流形式输出的，所以必须如实验结构图NO.5所示的连接方式将电流信号变为电压信号。 AGND/DGND（PIN 3、10）：模拟地与数字地。在高速情况下，此二地的连接线必须尽可能短，且系统的单点接地点须接在此连线的某一点上。本次实验中的正弦波波型数据由64个点构成，此数据经DAC0832，并经滤波器后，可在示波器上观察到光滑的正弦波(若接精密基准电压，可得到更为清晰的正弦波形)。四、实验内容1：根据例6-9，6-5及以上的设计原理，完成正弦波信号发生器的设计，仿真测试及实验系统上的硬件测试。硬件实验中注意DAC0832及滤波电路须接+/-12V 电压。然后将实验系统左下角选择插针处用短路帽短路“D/A直通”，而“滤波1”，“滤波0”处通过短路或不接短路帽达到不同的滤波方式。将示波器的地与EDA实验系统的地相接，信号端与“AOUT” 信号输出端相接；建议CLK接clock0，由此接“1024Hz”，选电路模式5；如果目标器件是EPIK30TC144，则对应的引脚是72、70、69、68、67、65、42、41。时钟clk接系统的clock0,引脚是126脚。实验图10 波形发生器电路系统结构图 五、实验步骤：1、代码编写，具体参考教材中相关章节。 2、波形仿真。综合编译成功后，建立波形文件进行波形仿真，启动仿真器Simulator，观察输出波形的情况，在软环境下验证设计的正确性。3、引脚锁定和程序下载。参选实验电路模式5和附表一中的 FLEX10K20 EP1K30/50144-PIN TQFP 目标芯片，确定输入引脚并在开发环境中进行引脚锁定操作后重新综合编译，成功后进行下载操作。六、实验报告：作出本项实验设计的完整电路图，详细说明其工作原理，叙述例7-4的工作原理，以及基于LPM_ROM的VHDL电路设计的详细内容和测试、实验内容。1、设计流程图。2、VHDL代码。3、仿真波形图。4、硬件测试数据表。5、分析实验结果。6、心得体会。 七、实验思考题：如果CLK的输入频率是50MHz，ROM中一个周期的正弦波数据是128个，要求输出的正弦波频率不低于150KHz，DAC0832是否能适应此项工作？为什么？ 附表一 是GW48CK/GK/PK系统（万能接插口与结构图信号/与芯片引脚对照表） 结构图上的信号名 XCS30 144-PIN TQFP XC95108 XC9572 -PLCC84EP1K100 EPF10K30E/50E 208-PIN P/RQFP FLEX10K20 EP1K30/50144-PIN TQFPispLSI 3256/A -PQFP160引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称PIO0138I/O01I/O07I/OPIN_8PIO 02PIO 0PIO1139PIO 12PIO 18PIO PIN_9PIO 13PIO 1PIO2140PIO 23PIO 29PIO PIN_10PIO 24PIO 2PIO3141PIO 34PIO 311PIO PIN_12PIO 35PIO 3PIO4142PIO 45PIO 412PIO PIN_13PIO 46PIO 4PIO53PIO 56PIO 513PIO PIN_17PIO 57PIO 5PIO64PIO 67PIO 614PIO PIN_18PIO 68PIO 6PIO75PIO 79PIO 715PIO PIN_19PIO 79PIO 7PIO89PIO 810PIO 817PIO PIN_20PIO 811PIO 8PIO910PIO 911PIO 918PIO PIN_21PIO 913PIO 9PIO1012PIO 1012PIO 1024PIO PIN_22PIO 1014PIO 10PIO1113PIO 1113PIO 1125PIO PIN_23PIO 1115PIO 11PIO1214PIO 1214PIO 1226PIO PIN_26PIO 1216PIO 12PIO1315PIO 1315PIO 1327PIO PIN_27PIO 1317PIO 13PIO1416PIO 1417PIO 1428PIO PIN_28PIO 1425PIO 14PIO1519PIO 1518PIO 1529PIO PIN_29PIO 1526PIO 15PIO1620PIO 1619PIO 1630PIO PIN_30PIO 1628PIO 16PIO1721PIO 1720PIO 1731PIO PIN_31PIO 1729PIO 17PIO1822PIO 1821PIO 1836PIO PIN_32PIO 1830PIO 18PIO1923PIO 1923PIO 1937PIO PIN_33PIO 1932PIO 19PIO2024PIO 2024PIO 2038PIO PIN_36PIO 2033PIO 20PIO2125PIO 2125PIO 2139PIO PIN_37PIO 2134PIO 21PIO2226PIO 2226PIO 2240PIO PIN_38PIO 2235PIO 22PIO2328PIO 2331PIO 2341PIO PIN_39PIO 2336PIO 23PIO2429PIO 2432PIO 2444PIO PIN_41PIO 2437PIO 24PIO2530PIO 2533PIO 2545PIO PIN_42PIO 2538PIO 25PIO2675PIO 2634PIO 26113PIO PIN_65PIO 2682PIO 26PIO2777PIO 2735PIO 27114PIO PIN_67PIO 2783PIO 27PIO2878PIO 2836PIO 28115PIO PIN_68PIO 2884PIO 28PIO2979PIO 2937PIO 29116PIO PIN_69PIO 2985PIO 29PIO3080PIO 3039PIO 30119PIO PIN_70PIO 3086PIO 30PIO3182PIO 3140PIO 31120PIO PIN_72PIO 3187PIO 31PIO3283PIO 3241PIO 32121PIO PIN_73PIO 3288PIO 32PIO3384PIO 3343PIO 33122PIO PIN_78PIO 3389PIO 33 结构图上的信号名 XCS30 144-PIN TQFP XC95108 XC9572 -PLCC84EP1K100 EPF10K30E/50E 208-PIN P/RQFP FLEX10K20 EP1K30/50144-PIN TQFPispLSI 3256/A -PQFP160引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称引脚号引脚名称PIO3485PIO 3444PIO 34125PIO PIN_79PIO 3490PIO 34PIO3586PIO 3545PIO 35126PIO PIN_80PIO 3592PIO 35PIO3687PIO 3646PIO 36127PIO PIN_81PIO 3693PIO 36PIO3788PIO 3747PIO 37128PIO PIN_82PIO 3794PIO 37PIO3889PIO 3848PIO 38131PIO PIN_83PIO 3895PIO 38PIO3992PIO 3950PIO 39132PIO PIN_86PIO 3996PIO 39PIO4093PIO 4051PIO 40133PIO PIN_87PIO 40105PIO 40PIO4194PIO 4152PIO 41134PIO PIN_88PIO 41106PIO 41PIO4295PIO 4253PIO 42135PIO PIN_89PIO 42108PIO 42PIO4396PIO 4354PIO 43136PIO PIN_90PIO 43109PIO 43PIO4497PIO 4455PIO 44139PIO PIN_91PIO 44110PIO 44PIO4598PIO 4556PIO 45140PIO PIN_92PIO 45112PIO 45PIO4699PIO 4657PIO 46141PIO PIN_95PIO 46113PIO 46PIO47101PIO 4758PIO 47142PIO PIN_96PIO 47114PIO 47PIO48102PIO 4861PIO 48143PIO PIN_97PIO 48115PIO 48PIO49103PIO 4962PIO 49144PIO PIN_98PIO 49116PIO 49SPEAKER104PIO 63PIO 50148PIO PIN_99PIO 50117PIO 50CLOCK011165PIO 51182PIO PIN_126INPUT1118PIO CLOCK111366PIO 52183PIO PIN_55GCLOK1119PIO CLOCK211467PIO 53184PIO PIN_54INPUT3120PIO CLOCK310668PIO 54149PIO PIN_100PIO 51121PIO CLOCK411269PIO 55150PIO PIN_101PIO 52103