eda 波形发生器课设 详细.doc

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 课题名称 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称：EDA技术题 目：波形发生器 专业班级： 班 学生姓名： 学号： 指导老师： 龙泳涛 审 批：任务书下达日期 年 月 日设计完成日期 年 月 日设计内容与设计要求 一、任务与要求：设计并制作一个波形发生器，要求如下：1、 能够产生正弦波、方波、三角波三种波形；2、 输出波形的频率范围为100Hz1KHz，频率步进间隔为100Hz。二、设计要求：1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、 总电路设计；4、 安装调试电路；5、 写出设计报告；主要设计条件1. 提供计算机，Quartus II软件； 2. 提供EDA实验箱。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排第一周 星期一：课题内容介绍和查找资料； 星期二四：总体电路设计和分电路设计； 星期五：电路仿真,修改方案； 第二周 星期一二：安装、调试电路,验收电路；星期三五：写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午：带调试电路板及设计报告书进行答辩，整理实验室及其他事情参 考 文 献 EDA技术实用教程潘松、黄继业编著 科学出版社目录一、总体思路61.1设计思想61.2流程图6二、各单元设计72.1 分频器的实现72.2 正弦波、三角波、方波的实现82.2.1正弦波设计92.2.2三角波设计122.2.3方波设计142.3波形输出控制单元15三、总电路设计16四、安装与调试174.1正弦波184.2三角波184.3方波194.4频率控制20五、总结体会21参考文献21一、总体思路1.1设计思想基于VHDL语言设计一个简易多功能信号发生器，通过选入输入信号，可以输出正弦波、三角波、方波和锯齿波四种波形信号。信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现，四种信号的信号选择可以用4选1数据选择器实现。同时本设计使用原理图的方法，对正弦波、三角波、方波和锯齿波和4选1数据选择器元件进行调用。1.2流程图流程图如下图1所示。二、各单元设计2.1 分频器的实现本次设计采用50MHz的时钟频率，设计要求输出0.1KHz1KHz的波形。可知，需要一个分频模块对时钟频率进行分频。结合三个波形发生模块的程序可知，正弦、方波、三角波产生算法分别进行了256、256、512分频。要三个波形同频，三角波发生模块的输入脉冲应该是另外两者的2倍。应为分频数较大，采用二次分频。一次分频参数由外部输入，二次分频参数固定。经过计算得出分频参数表如下：要求输出频率算法分频一次分频参数二次分频1K25620100.9K25622100.8K25626100.7K25630100.6K25634100.5K25640100.4K25650100.3K25666100.2K256100100.1K25620010分频模块原理图如下：2.2 正弦波、三角波、方波的实现三个波形的发生：2.2.1正弦波设计 正弦波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示正弦波形。产生正弦波的VHDL代码如下：-正弦波library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity zx is port(clk,reset:in std_logic; d:out integer range 0 to 255); end zx; architecture behave of zx is begin process(clk,reset) variable tmp:integer range 0 to 127; begin if reset=0 then dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddnull; end case; end if; end process; end behave;2.2.2三角波设计三角波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示三角波形。产生三角波的VHDL代码如下：-三角波 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity sj is port(clk,reset:in std_logic; q3:out std_logic_vector(7 downto 0); end sj; architecture behave of sj is begin process(clk,reset) variable tmp:std_logic_vector(7 downto 0); -?tmp?variable a:std_logic; -?a? begin if reset=0 then tmp:=00000000; elsif clkevent and clk=1 then if a=0 then -a?0?a?1? if tmp=11111110 then tmp:=11111111; a:=1; else tmp:=tmp+1; end if; else if tmp=00000001 then tmp:=00000000; a:=0; else tmp:=tmp-1; end if; end if; end if; q3=tmp; end process; end behave;2.2.3方波设计方波波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示方波波形。产生方波的VHDL代码如下：library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fb is port(clk,reset: in std_logic; q6:out std_logic_vector(7 downto 0); end fb; architecture behave of fb is signal a:std_logic; begin process(clk,reset) variable tmp:std_logic_vector(7 downto 0); begin if reset=0then a=0; elsif rising_edge(clk) then if tmp=11111111then tmp:=00000000; else tmp:=tmp+1; end if; if tmp=10000000then a=1; else a=0; end if; end if; end process; process(clk,a) begin if rising_edge(clk)then if a=1 then q6=11111111; else q6=00000000; end if; end if; end process; end behave;2.3波形输出控制单元波形输出控制单元中只包括一个数据选择器模块。其器件图如图所示：数据选择器模块在该模块为3选1的数据选择器，包括3个数据输入端，1个数据选择输入端和1个数据输出端。其功能是根据数据选择输入端输入的数据来选择相应的数据送到输出端。从而实现数据的选择输出。三、总电路设计原理图简易多功能信号发生器的原理图如下：简易多功能信号发生器原理图原理图本设计的主体思想是各个模块分别产生相应的波形，再通过一个3选1数据选择器输出相应的波形。通过其他开关控制波形的频率。四、安装与调试 本课程设计是简易多功能信号发生器，一共有7个输入端和8个输出端。具体的输入输出端可见图1中所示。根据引脚所锁定图将系统中的各个输入输出端口锁定到合适的引脚上。另外，本实验输入的时钟频率是50MHz。当引脚锁定完毕后，将程序下载到芯片中。把输出的8个引脚接到并行D/A转换芯片的8个输入端，连接好芯片，把芯片的输出接到示波器，把各个输入的拨码开关给定无误的值，即在示波器上得到相应的输出波形。4.1正弦波在clk端输入50MHz的时钟信号，当图1的原理图中的sel11.0输入“01”时得到的是正弦波波形，如图10所示。改变sel23.0的值可以该变输出波形的频率。4.2三角波在clk端输入50MHz的时钟信号，当图1的原理图中的sel1 1.0输入“10”时得到的是三角波波形，如图11所示。改变sel23.0的值可以该变输出波形的频率。4.3方波在clk端输入50MHz的时钟信号，当图1的原理图中的sel11.0输入“11”时得到的是方波波形，如图12所示。改变sel23.0的值可以该变输出波形的频率。4.4频率控制改变sel3.0的值频率变化如图 所示： 200Hz 400Hz五、总结体会本设计使用Quartus II进行编程，本系统实现了可以输出三种波形的简易多功能波形发生器，硬件调试结果证明，该设计正确有效。可以作为制作实物的依据。波形发生器在很多场合都有应用，我一直很感兴趣，借做课设的机会，认真的研究了一下这门技术。发现EDA技术比我们想象中的还要有用。在设计中我发现，C语言的编程思想也可以在VHDL语言中使用，事半功倍。到今天虽然设计基本上完成了，但也还是有不少的缺陷的，我对于EDA技术的了解与使用还仅仅是停留在入门的阶段，想要有更多的了解，还待好好学习、深入研究，也还要更多的努力和实践。参考文献1 潘松，黄继业 EDA技术实用教程北京：科学出版社，20022 甘历VHDL应用与开发实际北京：科学出版社，20033 孙延鹏，张芝贤VHDL与可编程逻辑器件应用航空工业出版社，20064 赵明富，李立军，石新锋，沈献博EDA技术基础北京大学出版社，20075 黄仁欣EDA技术实用教程清华大学出版社，2006电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的合理性与创造性(10%)硬件设计或软