EDA课程设计 (2)

FPGA CPLD 基础 课程设计课程设计 课课 题 题 正弦波信号发生器的设计 学学 院 院 电气信息工程学院 年年 级 级 2006 级电子信息工程二班 姓姓 名 名 余波 学学 号 号 200610501231 导导 师 师 陈欣波 同组人 同组人 陈伍 黄青松 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 2 页 共 10 页 二 九年七月 FPGA CPLD 基础课程设计基础课程设计 正弦波信号产生器的设计正弦波信号产生器的设计 目录 目录 2 一 摘要 3 二 研究本课题的实际意义 3 三 设计思路 4 3 1 系统功能介绍 4 3 2 波形产生及控制原理 4 四 程序及仿真图 5 4 1 正弦波信号的产生 5 4 2 仿真波形图 8 六 参考文献 9 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 3 页 共 10 页 一 摘要一 摘要 函数发生器作为电子系统的重要组成部分 在电子设计领域中 起着极其重要的作用 应用 VHDL 语言 在 ALTERA 公司的 QUARTUS 软件环境下 完成了频率可调的智能函数发生器的程 序设计 并进行了逻辑综合 仿真和硬件下载 产生了正弦波 方 波 三角波三种常用信号 系统的软件仿真和实验测试结果满足了 设计要求 达到了预期的效果 由于设计采用了 EDA 技术 不但大 大缩短了开发研制周期 提高了设计效率 而且使系统具有结构紧 凑 设计灵活 实现简单 性能稳定的特点 二 研究本课题的实际意义二 研究本课题的实际意义 函数发生器作为电子系统的重要组成部分 广泛应用于电子电路 工业控制 教学科研等领域 它为电子测量和计量工作提供符合技 术要求的电信号 在电子设计领域中起着极其重要的作用 Quartus II 是 Altera 公司开发的一种针对其公司的 CPLK FPGA 器件的设计 仿真 编程的工具 该软件界面友好 使用便捷 支持各种 HDL 可与多种高级编程语言接口 功能齐全 是一个完全集成化的可编 程逻辑设计环境 我们正是利用 VHDL 语言编写程序进行电路硬件 描述 借助 Quartus II 软件平台进行程序编译 综合及波形仿真 最 后通过 Altera 公司的 FPGA 芯片 EPEK30144 3 实现智能函数发生器 的设计 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 4 页 共 10 页 三 设计思路三 设计思路 智能函数发生器可以由递增斜波产生模块 递减斜波产生模块 方波产生模块 三角波产生模块 正弦波产生模块 阶梯产生模块 和输出波形选择模块组成 总体框图如图 6 3 所示 图中输出 Q 接 在 D A 转换的数据端 在 D A 转换器的输出端即可得到各种不同的 函数波形 3 1 系统功能介绍系统功能介绍 本设计是一种能够产生正弦波 三角波 方波的函数发生器 系统的始终基准频率位 12MHz 测频率范围 200Hz 2MHz 能够在 选择开关的控制下输出相应的波形信号 且生成信号的频率可以通 过控制信号的设置进行调整 智能函数发生器的系统框图如图 1 所 示 3 2 波形产生及控制原理 正弦波的产生原理是基于奈奎斯特采样定律 先对模拟信号进 行采集 经量化后存入查找表中 再由累加器产生地址 通过对查 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 5 页 共 10 页 找表寻址 得到离散化波形序列 最后经 D A 转换输出模拟波形 方波的产生是在输出波形的前半周期输出低电平 后半周期输出高 电平 从而得到占空比为 50 的方波信号 三角波的产生是在输出 波形的前半周期内从 0 累加到最大值 255 8 位 在后半周期从最 大值减到 0 来实现的 四 程序及仿真图四 程序及仿真图 4 1 正弦波信号的产生正弦波信号的产生 正弦波信号产生的 VHDL 语言为 LIBRARY IEEE USE IEEE STD LOGIC 1164 ALL USE IEEE STD LOGIC UNSIGNED ALL ENTITY SIN IS PORT CLK CLR IN STD LOGIC D OUT INTEGER RANGE 0 TO 255 END SIN ARCHITECTURE SIN ARC OF SIN IS BEGIN PROCESS CLK CLR CLR CLKCLK D 7 0 CLR SIN 图 模块 SIN D 7 0 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 6 页 共 10 页 VARIABLE TMP INTEGER RANGE 0 TO 63 BEGIN IF CLR 0 THEN DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDNULL END CASE END IF END PROCESS END SIN ABC FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 8 页 共 10 页 4 2 仿真波形图仿真波形图 运用 Quartus II 软件仿真波形 选中 processing 下的 start complilation 验证 程序的正确性 若有错 修改程序后再调试 直到没有错误为止 再用 start simulation 仿真波形进一步难程序 保存波形 再顶层文件和底层文件的总调试 下 选中 tools 下的 Netlist Viewers 的 RTL Viewer 进行仿真 保存波形和框图 仿真波形图为 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 9 页 共 10 页 五 心得体会五 心得体会 该实验设计是通过智能函数发生器设计实现的 智能函数发生器在测量 应用中应用广泛 故用此设计比较容易正弦波信号的实现 通过这两周的正弦波信号发生器的课程设计 虽然只有短暂的两周时间 我 是受益颇多 感概良多 俗话说 实践是检验真理的唯一标准 的却是这样的 在这次设计过程中 自己才知道实践是多么的重要 在课堂上很多理论自认为 学的可以的 但在实践中还是很有可 能让你感到迷惑 无所适从 所以要加深 自己的理论修养必须要在亲身实践中慢慢提升 慢慢培养 另外 也通过这次课程设计 让我感到了团队的作用是多么伟大 通过团队 的分工合作 不仅提高了工作效率 还增进了我们团队成员间的学习交流 增 长了我们的见识 一个人 无论是学识 见解 经历等都是有局限的 所以才 有我们的团队 才有了很多新生事物的产生 才有了社会的进步 人无完人 因此 在社会实践中很多事情你都不可能一个人完成 或多或少都要借助周围 的人或事物 特别值得提的就是 在课程设计过程中 遇到了很多问题 虽然我们通过 重重困难 最后解决了 但是有一点不可改变的就是我们对课本基础知识的掌 握还是有所欠缺的 在课程设计过程中 我们都有深刻的体会 我想我会在以 后的学习生活中谨记这次的经验和教训 为以后学习和工作作一个好的前提 六 参考文献六 参考文献 1 赵新明 智能仪器设计基础 哈尔滨 哈尔滨工业大学出 版社 2002 FPGA CPLD 基础课程设计 正弦波信号产生器的设计 第 10 页 共 10 页