DSP实验12.doc

数字信号处理实验报告实验1 正弦信号发生器实验2 AM系统学院：学院班级：学号：姓名： 2012.6.2实验一 正弦信号发生器一、实验仪器：PC机一台，JQ-SOPC-2C35实验箱一台及辅助软件（DSP Builder、Matlab/Simulink、Quartus II、Modelsim）。二、实验目的：1.初步了解JQ-NIOS-2C35实验箱的基本结构；2。学习和熟悉基于DSP Builder开发数字信号处理实验的流程。三、实验原理：正弦波是一种基本信号，任何复杂信号都可由许多频率、幅度各不相同的正弦波复合而成。已知正弦波存在如下的关系： 由以上公式可知，正弦波存在周期性，本实验就是根据正弦波的这一特性进行正弦波发生。在Altera DSP Builder库中，有一名为Increment Decrement的模块，根据参数设置的不同，Increment Decrement会不断从0计数到设定值，然后清0，接着又从0开始计数。图3-1显示的是Increment Decrement的参数设置界面，以图中参数为例，number of bits设置为6，即从0开始计数到26，然后清0，接着又从0开始计数。在LUT(Look Up Table)查找表模块中事先存入一个周期的正弦波的抽样值，利用Increment Decrement模块不断计数，根据计数值找到查找表的地址取出里面的值进行输出，因为Increment Decrement模块的输出具有周期性，则从LUT的输出也具有了周期性，这样，就产生了正弦波。四、实验步骤： 本实验的操作步骤如下：1点击桌面上的Matlab图标，进入Matlab主界面，并将工作目录设为Matlab安装目录下的work文件夹，如图1所示：2点击菜单栏中的File-New-Model，新建一个模型，在Matlab命令窗口中输入simulink命令，调出simulink工具栏，如图2所示： 3双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的Arithmetic库，找到Increment Decrement模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中。 4双击模型文件中的Increment Decrement模块，打开模块参数对话框，将Bus Type设为Signed Integer，number of bits设为6，保持其他参数不变，点击【OK】按钮确认。点击模块下面的文本，将其重命名为IncCount。 5双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的Storage库，找到LUT模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中。双击模型文件中的LUT模块，打开模块参数对话框，将Data Type设为Signed Integer，Address Width设为6，number of bits设为8，MATLAB Array设为127*sin( 0:2*pi/(26):2*pi )。保持其他参数不变，点击【OK】按钮确认。点击模块下面的文本，将其重命名为SinLut。 6双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的Storage库，找到Delay模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中。 7双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的Arithmetic库，找到其中的Product模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中，双击该模块，打开模块参数对话框，在Optional ports and settings中的Use LPM选项前打勾。保持其他参数不变，点击【OK】按钮确认。 8双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的IO&Bus库，找到其中的Input和Output模块，选中它们并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中，双击Input模块，打开模块参数设置界面，将Bus Type设为Single Bit，保持其他参数不变，点击【OK】按钮确认。双击Output模块，打开模块参数设置界面，Bus Type设为Signed Integer，number of bits设为8，保持其他参数不变，点击【OK】按钮确认。 9双击simulink工具栏中的Simulink中的Sinks库，找到Scope模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中，双击Scope模块，打开模块参数设置界面，点击菜单栏中的Parameters，将number of axes 设为2。点击【OK】确认，关闭模块参数设置界面。 10双击simulink工具栏中的Simulink中的Source库，找到Step模块，选中它并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中，双击Step模块，打开模块参数界面，将Step time 设为50，Initial value设为50，Final time 设为1，Sample time 设为1。保持其他参数不变，点击【OK】确认。 11连接模块，连接后的模型如图4所示：图4 正弦发生器模型 12双击simulink工具栏中的Altera DSP Builder中的AltLab库，找到其中的Signal Compiler和TestBenchOn模块，选中它们并按住鼠标左键将其拖到新建的模型文件中，执行File-Save 保存文件，将其命名为sinwave.mdl。 13执行Simulation-Configuration Parameters，将solver设为discrete，Type设为Fixed-step，Stop Time设为500。 14点击菜单栏中的黑色小三角，启动simulation，simulation结束后，双击Scope模块，打开波形观察界面，在波形上点击鼠标右键，选择Autoscale，即可观察simulation后的正弦波形。 15点击TestBenchOn模块，打开模块参数界面，在Advanced选项卡中，点选Lauch GUI，并依次点击Generate HDL，Run Simulink和Run Modelsim，启动RTL级仿真。 16随后显示的界面即为Modelsim RTL级仿真的波形图。选中tb_sinwave/dut/output信号，点击鼠标右键，选中Propertyties选项，选择Format为analog，将Height设为100，Scale设为0.4，点击【OK】确认。 17在信号上点击鼠标右键，选择Zoom Full，即可看到RTL级仿真波形。 18点击Signal Compiler模块，打开参数设置页面，器件系列选择cylone II，点击compile，结束后，关闭该页面。 19点击桌面上的 Quartus 图标，执行File-New Project Wizard，创建新的工程，将工程路径设置成模型文件所在路径，对project命名为sinwave。 20点击next，添加文件，将.tcl和.vhd文件添加进工程中，点击next，在器件family中选择Cyclone ，选择下拉菜单中的EP2C35F672C6.，点击finish。 21点击菜单栏中的紫色小三角，对创建的文件进行编译。 22编译成功后执行File-New-Vector Waveform File，点击【OK】确认。 23执行Edit-Insert-Time Node or Bus，在弹出的对话框中选择Node Finder，再点击List，从左边弹出的管脚名中选择Clock，aclr，Input和Output添加到右边，点击【OK】确认。 24选中aclr信号，选择左边工具栏的图标，选中Input信号，同样设为。通过执行菜单栏Edit-End Time设置仿真结束时间为1毫秒。选中Clock信号，点击，将周期设为20，单位纳秒，仿真结束时间为1毫秒，点击【OK】确认。保存该文件，将其命名为sinwave。 25执行Assignmets-Settings，选择Simulator Settings，Simulation mode选为Functional，在右边的对话框中将保存的波形文件添加到Simulation Input中，点击【OK】确认。执行菜单栏的Processing-Generate Functional Simulation Netlists进行功能仿真。 26执行菜单栏Assignmets-Settings，选择Simulator Settings，Simulation mode选为Timing，在右边的对话框中将保存的波形文件添加到Simulation Input中，点击【OK】确认。点击菜单工具栏中的图标，对工程进行时序仿真。仿真完成后，选中Output信号，单击鼠标右键，选择Display Format中的Analog Waveform，若弹出对话框询问是否覆盖原文件，选择Yes。再次选中Output信号，单击鼠标右键，选择Display Format中的Analog Waveform，将Display Style设为Step，Display Height设为4，点击【OK】确认。即可观察到时序仿真波形。 27执行Assignmets-Assignment Editor，将Category设为Pin，并按照下图对Pin进行设置:图5 管脚设置按照实验箱中的用户指南28页中的图4-5所示将aclr、Input分配给开关PIN_AE14,PIN_AF14，按照37页图4-8将Clock分配为PIN_N2管脚，按照52页图4-10将Output总管脚及其如Output0Output7的分管脚进行分配，并保存。 28执行Tools-SignalTap Logic Analyzer，在Data窗口中的空白处双击，在弹出的对话框中将Fiter设为all®isters:post fittings，点击List，将Output添加至右边的窗口中，点击【OK】确认。29在右边的对话框中将Clock设为Clock信号，Sample depth设为1K，点选Trigger in，Source设为Clock信号，Pattern设为Rising edge。保存，若弹出对话框询问是否将文件添加至工程，选择Yes。点击菜单栏中的，重新对工程进行编译。30打开实验箱，接入电源，用USB Blaster线将电脑和实验箱连接起来，选择菜单栏中的图标。31点击Hardware Setup，选择USB-0，点击【OK】确认。选中sinwave.sof文件，点击Start，将文件下载到实验板上。在Signaltap II界面点击Hardware右边的Setup，将其设为USB-BlasterUSB-0。 32将实验箱上的开关SW3和SW4拨至高电平，点击工具栏的图标，启动数据采集，一段时间后点击图标停止数据采集，点击SignalTap中的data窗口，即可看到硬件实现的波形。五、实验结果：matlab Scope 波形：Modelsim RTL级仿真的波形：Quartus功能仿真时序仿真波形。硬件实现的波形实验二 AM系统一、实验仪器：PC机一台，JQ-NIOS-2C35实验箱一台及辅助软件（DSP Builder、Matlab/Simulink、Quartus II、Modelsim）二、实验目的：1、初步了解JQ-NIOS-2C35实验箱的基本结构。2、学习和熟悉基于DSP Builder开发数字信号处理实验的流程。3、理解AM系统设计的原理和方法。3、 实验原理： 在常规双边带调幅中，输出已调制的信号的包络与输入调制信号成正比，其时间波形可表达为： （4-11）式中，为外加的直流分量。为调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为平均值为0。为载波信号的频率。为载波信号的起始相位。对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化。 由于频谱的搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。四、实验步骤： 本实验的操作步骤如下：1、 点击桌面上的Matlab图标，进入Matlab主界面，并将工作目录设为Matlab安装目录下的work文件夹。2、点击菜单栏中的File-New-Model，新建一个模型，在Matlab命令窗口中输入simulink命令，调出simulink工具栏，并执行File-Save 保存文件，将其命名为AM。 3、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Altbus模块将其添加到文件中。打开模块参数对话框，将Bus Type设置为Signed Integer，number of Bits设置为16，然后单击【OK】按钮确认。4、在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下选择Pipelined Adder模块将其添加到文件中。设置Bus Type为Signed Integer；number of bits.为16；Number of Pipeline Stages为2。单击【OK】确认。点击模块下文本，将其重命名为“Pipelined Adder3”。5、在Altera DSP Builder Blockset中的Storage下选择Delay模块将其添加到文件中。6、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Bus conversion模块将其添加到文件中。打开模块对话框，将Bus Type设置为Signed Integer，Input设置为16，output设置为8，Input Bit Connected to Output LSB设置为8，然后点击【OK】确认。7、在Altera DSP Builder Blockset中的Storage下选择LUT模块将其添加到文件中。将Data Type设置为Signed Integer；number of bits设置为8；LUT Address Width设置为8；MATLAB Array查找表中存储数据的内容，设置为127*sin(0:2*pi/(28):2*pi)，然后点击【OK】确认。8、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Constant模块将其添加到文件中。打开模块参数对话框，设置Constant Value为100；将Bus Type设置为Signed Integer；number of bits设置为8；其它参数设置保持不变，然后点击【OK】确认。9、按照图2-1连接模块。10、将图2-1的所有模块选中，单击鼠标右键，点击Creat Subsystem，点击子系统下文本，将其重命名为“DDS”。11、重复步骤3-10，将AltBus的number of Bits设置为32；Constant模块的Constant Value为88234567，number of Bits设为32；Bus conversion的Input设置为32，output设置为10，Input Bit Connected to Output LSB设置为22；LUT模块的Data Type设置为Signed Integer；number of bits设置为10；LUT Address Width设置为10；MATLAB Array查找表中存储数据的内容，设置为511*sin(0:2*pi/(210):2*pi)，同样创建为子系统，然后点击子系统的文本，将其命名为“DDS1”12(为后面准备)、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Input添加到模型文件中。设置Bus Type为Unsigned Integer；设置number of bits.为3；勾选Specify Clock，并在Clock下写入Clock；然后点击【OK】确认。13（为后面准备）、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Output添加到模型文件中。设置Bus Type为Signed Integer；设置number of bits.为10；其它参数设置不变；然后点击【OK】确认。14、在Altera DSP Builder Blockset中的Gate&Control下选择Multiplexer添加到模型文件中。将其Number of Input Data Lines设置为8，然后点击【OK】确认。如图2-2所示连接，并建立子系统。图2-2 Mux子系统连接图Constant5的设置如图2-3所示。图2-3 Constant5参数对话框Constant6Constant12的Constant Value分别为：0.79688，0.69922，0.59766，0.5，0.39844，0.19824，0.097656。其它设置如图2-3保持不变。15、 在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下选择两个Product模块添加到模型文件中分别命名为Product和Product1，bus type 设为Inferred。16、 在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择两个Constant模块将其添加到文件中分别命名为Constant1和Constant2。打开模块参数对话框，设置Constant1 Value为1；将Bus Type设置为Signed Integer；number of bits设置为8；其它参数设置保持不变，然后点击【OK】确认，Constant2Value为1；将Bus Type设置为Signed Integer；number of bits设置为10；其它参数设置保持不变，然后点击【OK】确认。17、在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下选择两个Pipelined Adder模块将其添加到文件中分别命名为Pipelined Adder和Pipelined Adder1。对Pipelined Adder设置Bus Type为Signed Integer；number of bits.为8；Number of Pipeline Stages为2。单击【OK】确认。对Pipelined Adder1设置Bus Type为Signed Integer；number of bits.为10；Number of Pipeline Stages为2。单击【OK】确认。18、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下选择Bus conversion模块将其添加到文件中。打开模块对话框，将Bus Type设置为Signed Integer，Input设置为18，output设置为10，Input Bit Connected to Output LSB设置为8，然后点下面的文本，将其命名为“Bus conversion1”，然后点击【OK】确认。19、在Altera DSP Builder Blockset中的Rate Change下选择Clock模块将其添加到文件中。将Simulink Sample Time设置为2e-8，其它参数保持不变，然后点击【OK】确认。20、在Altera DSP Builder Blockset中的AltLab下选择Signal Compiler模块和TestBench模块将其添加到文件中。21、在Simulink中的Sinks下选择Scope模块添加到文件中。22、在Simulink中的Sources下选择Constant模块添加到文件中。23、按照图2-4连接AM系统。 24、执行Simulation-Configuration Parameters，将solver设为discrete，Type设为Fixed-step，Tasking mode for periodic sample times设为：Single Tasking，Stop Time设为1e-4。Fixed-steptime设为auto。 25、点击菜单栏中的黑色小三角，启动simulation，simulation结束后，双击Scope模块，打开波形观察界面，在波形上点击鼠标右键，选择Autoscale，即可观察simulation后的幅度调制的仿真波形。 26、点击Signal Compiler模块，打开参数设置页面，将器件family设置成Cylone II，点击compile，结束后，关闭该页面。 27、点击TestBenchOn模块，打开模块参数界面，在Advanced选项卡中，点选Lauch GUI，并依次点击Generate HDL，Run Simulink和Run Modelsim，启动RTL级仿真。 28、随后显示的界面即为Modelsim RTL级仿真的波形图。点击wave-default中的unlock 按钮选中tb_am/dut/output信号，点击鼠标右键，选中Propertyties选项，选择Format的Analog，将Height设为100，Scale设为0.2，点击【OK】确认。 29、在信号上点击鼠标右键，选择Zoom Full，即可看到RTL级仿真波形。30、点击桌面上的 Quartus 图标，执行File-New Project Wizard，创建新的工程，将工程路径设置成模型文件所在路径，对project命名为AM。31、点击next，将.tcl和.vhd文件添加至工程中，点击next，在器件family中选择Cyclone ，选择下拉菜单中的EP2C35F672C6.，点击Finish。32、点击菜单栏中的紫色小三角，对创建的文件进行编译。33、编译成功后执行File-New-Vector Waveform File，点击【OK】确认。34、执行Edit-Insert-Time Node or Bus，在弹出的对话框中选择Node Finder，再点击List，从左边弹出的管脚名中选择Clock，aclr，Input和Output添加到右边，点击【OK】确认。35、选中aclr信号，选择左边工具栏的图标；选中Clock信号，点击，将周期设置为20ns，然后对弹出的对话框点击【OK】确认；同时在EditEnd Time设置为100us，点击【OK】确认；右键选中信号Input，选择property-radix为unsigned decimal；右键选中信号Input，选择value-count value，start value 设为0，increcment by设为1，设置Timing选项点选at absolute times，count every 设为10us；最后保存该文件，将其命名为AM。36、执行Assignmets-Settings，选择Simulator Settings，在右边的对话框中将保存的波形文件添加到Simulation Input中，点击【OK】确认。37、点击菜单工具栏中的图标，对工程进行时序仿真。仿真完成后，选中Output信号，单击鼠标右键，选择Display Format中的Analog Waveform，若弹出对话框询问是否覆盖原文件，选择Yes。再次选中Output信号，单击鼠标右键，选择Display Format中的Analog Waveform，将Display Style设为Step，Display Height设为10，点击【OK】确认。再次单击鼠标右键在ZoomFit in Window，即可观察到时序仿真波形。38、执行AssignmetsPin Planner，用Zoom Tool放大引脚分配图，可以选择需要分配的引脚，拖拽到对应引脚分配图上。按照表2-1对引脚进行设置，并保存。 39、执行Assignmets-Assignment Editor，在To栏中双击空白格，在下拉菜单中