基于PC机模拟信号发生器的设计(论文)说明书

1、 2015届毕业设计（论文） 材 料 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 彭楚 指导教师： 黄海波 职 称： 实验师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1105班 学 号： 11041220562 2015 年 6 月湖南工学院2015届毕业设计（论文）课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业： 电气工程及其自动化 指导教师 黄海波学生姓名 彭楚课题名称 基于PC机的模拟信号发生器的设计内容及任务基于PC的模拟信号发生器，是利用PC机来设计一个模拟信号发生器。通过USB传到CPLD中进行数据转换，进而传到DAC中进行数模转换，输出模拟信号。在这次设计中用到了CPLD(Co

2、mplex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，它主要起到了转换作用，即进行并行到串行的转换，再通过一个数模转换器，把输入的串行数据转换成模拟信号。任务要求：1、分析电路的工作原理和工作过程 2、说明主要元件选择的要求 3、说明安装调试的过程和体会拟达到的要求或技术指标1、正确编写程序，以达到控制芯片的功能。2、在CPLD的输出处应该输出的是串行数据3、在DAC8580的输出处能够测到模拟信号。4、整个电路运作谐调正常。进进度安排起止日期工作内容备注2015.01.102015.02.24查找搜集与课题相关的资料，学习对相关软件的使用2015.02.2520

3、15.05.02毕业实习2015.05.032015.05.10领会课题主旨，概述前两章的内容范围。2015.05.112015.05.15确定论文基本框架2015.05.162015.05.23将以前搜集的资料进行整理，完成初稿2015.05.242015.06.01进行后期的系统的整理，完善设计说明书并为毕业答辩做准备。2015.06.022015.06.06毕业答辩主要参考资料1微型计算机原理 北京：清华大学出版社，19982阎石，数字电子技术基础，第四版。北京：高等教育出版社，19983 4 邱关源，电路（第三版）北京：高等教育出版社，19895 7中国知网教研室意见年 月 日学院主管

4、领导意见 年 月 日湖南工学院毕业设计(论文)开题报告 题 目 基于PC机模拟信号发生器的设计学生姓名 彭楚班级学号11401220562专业电气工程及其自动化一、选题背景现代化生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。PC机模拟信号发生器正可以实现这些要求，模拟信号发生器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。模拟信号发生器代表着从传统硬件为主

5、的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。传统的信号发生器其功能完全靠硬件实现，功能单一而且用户的购置、维护费用高。更重要的是，对于传统的信号发生器，其功能一旦确定便不能更改，用户要想使用新的功能则必须重新购买新的仪器，传统信号发生器的不足是显而易见的。与传统仪器相比，模拟信号发生器具有性价比高，开发、维护、升级简单、研制周期短等特点。模拟信号发生器作为新兴的测控仪器，将给用户一个充分发挥自己的才能，想象力的空间，用户可以根据自己的设计需求设计仪器系统，符合我们信号发生器的开发要求。在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节

6、的信号发生器，频率越高，产生波形种类越多的发生器性能越好。随着科技的发展，模拟信号发生器的技术已成为测试、工业I/O和控制和产品设计的主流技术。随着PC机在模拟信号发生器技术的功能和性能方面上已被不断地提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，未来PC机模拟信号发生器仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性。二、设计方案（含设计主要内容、方法手段等） 主要内容：（1）学习模拟信号发生器的基本概念； （2）掌握信号发生器的分类、功能及其基本理论； （3）了解 Labview软件的开发

7、环境、工具箱的使用及其应用； （4）介绍如何使用PC机模拟信号发生器实现信号发生器的部分功能； 设计方法： 查阅相关技术资料； 有关总体方案的比较与选择； 详细分析本次设计模块结构的划分； 硬件电路的设计及参数计算，器件选择等； 相关软件的设计以及测试。 三、进度安排 时间 计划完成任务3月20-3月31 明确设计任务，查阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告；4月1 - 4月15 PC机模拟信号发生器设计的方案研究4月16-5月5 初步完成硬件电路设计，参数计算，器 件选择等。5月6 - 5月20 初步完成软件设计5月21-6月1 中期检查及测试6月2 - 6月6 完善系统6月7 - 5

8、月10 毕业设计说明书6月10 -6月底 答辩四、参考文献（外文参考文献不少于2篇）【1】于洁，钟佩思 信号发生器在模拟信号发生器界面中的设计与实现.山东 理工大学学报2005年3月.第2期第19卷【2】曹会国 基于labview模拟信号发生器器vi（vittual insturment）及 应用.潍坊学院学报J.2005年 5卷 2期【3】The engine performance labview virtual instrument test system Design.微机算机信息.2008年卷7期【4】杨乐平，李海涛等.模拟信号发生器技术概论M.电子工业大学出版社. 2003【5】袁

9、渊，古军等，模拟信号发生器基础教程M，电子科技大学出版社. 2002【6】王承,何志伟,许东芹. 虚拟仪器现代仪器发展的新阶段J. 测控技术,2001,20(10):9-11.【7】National Instrument Crop, LabVIEW 7 Express, National Instrument Crop, 1999【8】刘君华，贾惠芹，丁晖.模拟信号发生器图形化编程语言LabVIEW教程 M.西安电子科技大学出版社.2001【9】宋振灿.基于模拟信号发生器的综合信号发生器的设计.湖南农机J. 2010年01月第37卷第1期指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日湖南工学

10、院毕业设计(论文)工作进度检查表题目基于PC机模拟信号发生器的设计学生姓名彭楚班级学号电气本1105班11401220562专业电气工程及其自动化指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差指导教师签字： 年 月 日学院意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2015届毕业设计（论文）指导教师评阅表 学院： 电气与信息工程学院 专业： 电气工程及其自动化 学生姓名彭楚学 号1140122056

11、2班 级电气本1105专 业电气工程及其自动化指导教师姓名 黄海波课题名称基于PC机模拟信号发生器的设计评语：是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表题目基于PC机模拟信号发生器的设计学生姓名彭楚班级学号电气本1105班 1140122062专业电气工程及其自动化评阅教师姓名王小虎职称副教授工作单位电气与信息工程学院评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合

12、规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩评阅教师签名日期湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表题 目基于PC机模拟信号发生器的设计学生姓名彭楚学    号11401220562专 业电气工程及其自动化指导教师黄海波 内容综述：模拟信号发生器是20世纪90年代初的一种新仪器,是计算

13、机技术和仪器技术一起综合运用的产物。是一个重大的突破,代表测量仪器的一个发展方向。随着大量PC机迅速的发展，能够支持USB接口的越来越多，PC机的标准接口也让USB替代了。USB以一种不可遏止的速度得到了广泛的应用。USB数据采集卡技术能够将各种软件系统的模拟硬件相配合构成一种新型的模拟信号发生器。这是一种由PC机控制完成虚拟仪器的信号调节与选择工作的研究方案。因为PC机是可以进行系统升级和性能优化的，所以由PC机控制的模拟信号发生器设计技术，更加能突出性能的提高和方便的优越性。基于PC机设备来进行模拟信号发生器的设计原理是在PC机上发出命令字符，通过USB2.0接口，用串行数据通信的方式发送

14、给USB接收的标准模块。USB接收的标准模块将串行命令字符以串口输出的各种波形的形式传输给CPLD，USB接收模块的控制信号由CPLD进行逻辑控制。一方面由CPLD将上位机传送下来的命令字通过控制信号对于DAC8580进行控制，对DAC8580芯片进行配置；基于DAC8580芯片是16位串行输入的DA转换器，另外一方面通过16位串行数据输出相应的数字信号，将数字信号输送给DAC8580芯片，DAC8580将输出相应的模拟信号。    申请人签名： 日期：资  格  审  查  项  目是否01工作量是否达到所规定要

15、求  02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）  03是否完成任务书规定的任务  04完成的成果是否达到验收要求  05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩       不符合答辩资格，不同意答辩审查组长签名：      年    月    日

16、湖南工学院2015届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 学院： 电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化学生姓名 彭楚学号11401220562班级电气本1105答辩日期6.9课题名称基于PC机模拟信号发生器的设计指导教师 黄海波成 绩 评 定分值评 定小计陆秀令黄海波陈坚凌云伊燕青课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： ×20指导

17、教师评分分值：指导教师评定成绩b： ×60评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： ×20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日2015届毕业设计说明书 基于PC机模拟信号发生器的设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 彭 楚 指导教师： 黄海波 职称 实验师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1105班 完成时间： 2015年6月 摘 要 模拟信号发生器是20世纪90年代初的一种新仪器,是计算机技术和仪器技术一起综合运用的产物。是一个重大的突破,代表测量仪器的一个发展方向。随着大量PC机迅速的发展，能够支持USB接口的越来越多

18、，PC机的标准接口也让USB替代了。USB以一种不可遏止的速度得到了广泛的应用。USB数据采集卡技术能够将各种软件系统的模拟硬件相配合构成一种新型的模拟信号发生器。这是一种由PC机控制完成虚拟仪器的信号调节与选择工作的研究方案。因为PC机是可以进行系统升级和性能优化的，所以由PC机控制的模拟信号发生器设计技术，更加能突出性能的提高和方便的优越性。基于PC机设备来进行模拟信号发生器的设计原理是在PC机上发出命令字符，通过USB2.0接口，用串行数据通信的方式发送给USB接收的标准模块。USB接收的标准模块将串行命令字符以串口输出的各种波形的形式传输给CPLD，USB接收模块的控制信号由CPLD进

19、行逻辑控制。一方面由CPLD将上位机传送下来的命令字通过控制信号对于DAC8580进行控制，对DAC8580芯片进行配置；基于DAC8580芯片是16位串行输入的DA转换器，另外一方面通过16位串行数据输出相应的数字信号，将数字信号输送给DAC8580芯片，DAC8580将输出相应的模拟信号。在逻辑编程方面，论文主要进行了串行设计与DAC8580数据传输及控制信号的逻辑设计，并进行了仿真。由仿真图可以看出设计的正确和稳定性，拟达到了模拟信号发生器的基本要求。关键词：数模转换器；串口通信；模拟信号发生器ABSTRACT窗体顶端The analog signal generator was a n

20、ew instrument invented in the early 1990s, which was a product through comprehensive application of the computer technology and instrument technology. It was an important breakthrough, which represented a development direction of measuring instrument. With the rapid development of PC, more and more

21、PCs can support the USB port, and the standard port of PC has been replaced by the USB port. USB has obtained wide applications with unstoppable speed. The USB DAQ (data acquisition) card technology can be used to match the software system with the analog hardware to form a new type of analog signal

22、 generator. This is a research scheme in which the signal conditioning and selection are completed under the control of PC. Because PC can conduct system upgrade and performance optimization, therefore, the analog signal generator design technology under the control of PC can more highlight the impr

23、ovement of performance and the superiority of convenience. The design principle for analog signal generator based on PC equipment is to send command characters from PC, and through the USB2.0 port, the serial data communication method will be used to set it to the standard module received by USB. Th

24、e standard module received by USB will transmit the serial command characters to CPLD in the form of various fluctuations from serial output, and the control signal of USB receiving module should be under the logic control of CPLD. On the one hand, CPLD will use the command word sent from the upper

25、computer to control DAC8580 through the control signal and conduct configuration of DAC8580 chip; on the other hand, because the DAC8580 chip is DA convertor with 16-bit serial input, corresponding digital signal can be output through the 16-bit serial data, the digital signal can be transmitted to

26、the DAC8580 chip, and DAC8580 will output corresponding analog signal. On the aspect of logic programming, this paper mainly conducts serial design, the DAC8580 data transmission, the logic control of control signal and simulation. In accordance with the simulation diagram, we can see the accuracy a

27、nd stability of design, and it can satisfy the basic requirements for analog signal generator.Key words DAC；Serial Communication；Analog signal generator目 录1 绪论1 1.1 设计的目的和意义1 1.2 信号发生器技术的发展22 设计方案4 2.1 总体设计方案4 2.2 基于CPLD的设计方案43 CPLD及其开发环境简介6 3.1 EDA技术6 3.2 CPLD简介6 3.3 CPLD与FPGA的对比8 3.4 Quartus II集成开

28、发环境简介 8 3.5 硬件系统描述语言的简介9 3.5.1 Verilog HDL硬件描述语言简介9 3.5.2 VHDL硬件描述语言简介104 硬件部分设计11 4.1 USB模块电路设计11 4.2 电源模块设计12 4.3 CPLD模块设计13 4.4 DAC8580转换模块设计145 CPLD逻辑设计16 5.1 顶层串口设计17 5.2 CPLD的DAC8580控制及信号产生逻辑设计17 5.3 程序流程图176 仿真19 6.1 串口数据仿真19 6.2 DAC8580数据传输及控制信号仿真19结束语21参考文献22致 谢24附 录26附录：详细顶层串口设计26附录B：

29、 DAC8580芯片主控制信号逻辑设计311 绪论1.1 设计的目的和意义模拟信号发生器是1990年代初的一种新仪器,是计算机技术和仪器技术一起综合运用的产物,是一个重大的突破,代表测量仪器的一个发展方向。现在,一些大学已经在实训室中用模拟信号发生器进行实验了。模拟信号发生器用于实验课实训中,对于实验课的建设和进行能够达到很有益的效果1。虚拟仪器具有以下优点:(1) 它可以大大降低建设成本,减少测量仪器和实验室的空间占用,而且更 方便、可靠。(2) 高度集成的基于虚拟仪器的测量调试系统可以获得大量经过测量而出 现的数据。(3) 软件系统把需要测量调试的数据用各种图纹的波动形状表现出来，便于 我

30、们对该系统进行扩充。在进行电子实践实验时，信号发生器是实验室常用且不可缺少的设备,但单独的由物理设备而组成的早期老旧型的信号发生器只能实现某一种固定功能,不仅只能的体现某一种波形图，而且不是一般的昂贵。通过上面,不难看出:在实际的去研究和开发信号发生器时,需要的设计和研发成本往往会很高。购买高精度信号发生器的费用不便宜。该仪器扩展性能不是一般的差,调试起来很不方便,由外部环境所影响。高性价比数模转换器A/D与D/A的研发成功推动了模拟信号发生器的发展，模拟信号发生器的技术能够使用足够量的芯片来测量。系统进行前端的组件设计和软件设计已成为模拟信号发生器技术的动力源泉，而用图形化数据的Quartu

31、s软件也逐渐被广泛的应用2。 目前，模拟信号发生器技术向外展开的功能逐渐强大，可以在PC上研发测试，从而得出设计的结果。还可以在设计硬件时加入嵌入式处理器和可编程门来设计等。这些为设计提供了一个单独的环境来进行系统测试与硬件作用的定义。这样一来，模拟信号发生器正在逐渐凭借其诸多优点来取代传统的仪器，其应用领域将越来越宽广。综合以上所述，制作一种模拟信号发生器，用个人计算机来进行模拟的方案是可行的，并且对于其电路的扩展功能研发也具有重大的意义。1.2 信号发生器技术的发展在信号发生器显形的时候，信号发生器产品增加了一种新的类型，是用声源信号测量来产生非正弦信号的任意信号发生器。其产生有三角波形，

32、斜波形，方行波纹和余弦波纹等几种特殊规定函数发生器波形。需要进行复杂调制分析信号的声音和振动等信号源，各种振动信号可以用信号发生器来产生，但该信号并非是全是标准形式的。 绝大多数汇集在声音频带的信号发生器是最初形成的。现在它同数字示波器相互联合运用，一但所需信号出现在示波器中显现出来，该信号的波形就能够在信号发生器中显示出一模一样的。模拟电路的这项技术应用于起初的信号发生器。该仪器能产生各种形态不一的波纹图。它是由各个元器件组成的整个电路的仪器。复杂，体积大，精度不高并且其不稳定性强是这种信号发生器所拥有的特点。该发生器只能产生一些简单的波形图样，它是很难实现的繁琐波形信号的。 伴随着微电子技

33、术的发展，出现了一种被改进的信号发生器，它由微控制器硬件和软件组成。它增加了信号发生器的一些功能，并且该波形较之于之前是繁琐的。它运用了各种处理手段，就能得到各式各样浅显易懂的波形3。比如：微处理、数模转换等处理手段。然而因为微控制器的解决速度相当有限，所以信号发生器将不会太高的输出频率。 任意信号发生器技术直到现在为止，能够掌握最为先进的技术仍然是几家国外大型仪器产商，任意信号发生器系列已经被这些公司确定，但在便携式仪器产品的品质方面各有千秋。如关于生产这种仪器的美国生产商的制作成品，具有最高的采样速率，很高的分辨率，其点存储器容量大，输出频率高，可以建立无数不同的信号。最标准的输出波形包括

34、正弦波形，方形波形，斜波波形，噪声波，和其它的一些波形。国内信号发生器和外国产品相比,还有有一个很大的差距.这非常重要的原因是：外国公司几乎所有的信号发生器全用了最新的技术。随着大量PC机迅速的发展，能够支持USB接口的越来越多，PC机的标准接口让USB替代了。USB以一种不可遏止的速度得到了广泛的应用。一些公司研发出了一种USB数据采集卡4。其数据采集卡能够完美的将各种软件系统与模拟硬件相配合构成一种新型的虚拟的仪器。该仪器不仅拥有早期的信号发生器的各种性能优点，还将前者产生的一些缺点解决掉。现在又被开发商推出一款USB3.0的高传速技术，该技术被开发后，广泛用于各种PC机的场合中。他拥有更

35、为显著的性能较之于以前的USB技术。让各种高频的模拟信号发生器得到了更好的技术环境支持。这是一种由PC机控制，且完成该仪器的信号调节与工作选择工作的研究方案.因为PC机是可以进行系统升级和性能优化的。这种由PC机控制的技术，更加能突出性能的提高和方便的优越性。因此,研究PC机模拟信号发生器具有重要意义，所以研究新型的模拟信号发生器与计算机技术相结合已成为一种发展趋势。2 设计方案2.1 总体设计方案在PC机上发出命令字符，通过USB2.0接口，用以串行数据的方式发送给USB接收的标准模块。USB接收的标准模块将串行命令字符以串口输出的各种波动的形状形式传输给CPLD，USB接收模块的控制信号由

36、CPLD进行逻辑控制。一方面由CPLD将上位机传送下来的命令字通过控制信号对于DAC8580进行控制，对DAC8580芯片进行配置；基于DAC8580芯片是16位串行输入的DA转换器，另外一方面通过16位串行数据输出相应的数字信号，将数字信号输送给DAC8580芯片，DAC8580将输出相应的模拟信号。模拟信号发生器整体框图如图1所示。图1 整体框图2.2 基于CPLD的设计方案窗体顶端设计中的主控制芯片是CPLD（EPM1270T144I5N），该芯片出自Altera。使用CH340 USB芯片进行各种数据类传送，由CPLD统筹USB芯片和对DAC8580芯片的实行配置，传出所要得到的数字信

37、号，最后通过DAC8580把 数字信号转换模拟信号，传送出该模拟信号。总体详细设计框图如图2所示。USB输出的是串行数据，而DAC8580更是一种把数字量转换为模拟量的芯片，并且能输入各种串行类的数据，于是可以在CPLD中进行串行数据的传输与控制。通过PC机发送命令由USB2.0发送给CH340芯片，由CH340芯片的TXD引脚通过串口将命令字发送给CPLD。CPLD为主控芯片， CPLD将TXD的串行命令字进行解算，并进行UART转并行，再由并行转串行产生FSYNC、SCLK和SDIN三个控制及数据信号，对DAC8580芯片进行配置，输出所需的数字信号，最后由DAC8580芯片进行数模转换，

38、输出相应的模拟信号。将控制DAC8580数模转换芯片输出相应的模拟信号。设计中应用CPLD作为控制芯片，是用来实现控制和数据传输的硬件电路功能模块，进而用Quartus 软件作为逻辑设计编辑的平台，进行逻辑编辑设计。在顶层的电路中，采用各种原理图的形式进行整体框架设计。Quartus 能够实现设计所需的逻辑功能，以此Quartus 提供了大量的功能与管脚定义一般都是默认的基本单元符号和宏功能模块。顶层模块中包括按照功能划分的各个功能的模块，可以用VHDL语言来进行各个功能模块的逻辑编辑。 图2 总体详细设计框图3 CPLD及其开发环境简介 3.1 EDA技术Electronic De

39、sign Automation即为 EDA的全称，通常称为电子设计自动化。在1960年至1970年期间 ，EDA是从CAD，CAM，CAT和CAE中发展来的理念。 在电子设计之初，由于当时的集成电路设计的复杂性远比现在低，设计者可以自己动手去集成电路设计，自己手动去布置线路等。一直到1975年，研发商想致力于保持完整的设计过程自动化，并不是只满足于制作自动图。当第一次电路配线，布局工具开发研制成功时，设计自动化大会成立于这一时期。这是对电子设计自动化发展的重大突破。电子设计自动化的进一步开发在1980年塞缪尔·米德和林恩康威共同论文的发表。此后电子设计自动化技术就进入下一个重要发展阶

40、段。该论文具有十分重要的意义。如果他们的想法实施成功了，所述芯片设计的复杂程度，可以大大的增加。用该芯片进行电路的仿真，实物性能的提高是相当大的。随着现在科学技术的发展迅速，在设计时可以进行模拟之后再去制作实际的电路，开发软件的错误也降下来了。到现在为止，虽然暂时使用的逻辑编程描述语言和各种实用仿真工具仍在研发，但现在已有很多通过编程语言的预期行为来设计和测试电路。数字集成的基础电路设计是一种用软件工具来实现物理设计的低层次抽象方式。 在20年代80年代开始，出现了FPGA，预示CAE和CAD技术的应用更为广泛，他们在PCB设计方面的进行原理图输入，自动布局布线及PCB分析。Verilog硬件

41、描述语言在20世纪80年中期被研发出来，在目前已知的语言中是应用较为广泛设计语言。然而在Verilog刚出来不久，接着就创建一种名为VHDL语言的硬件描述语言。然而各种设计工具都能对这两种语言进行判定。后来随着这两种语言逐渐规范，各大生产研究商研制了不同的仿真软件，让设计者们可以进行仿真和编辑。直到现在，逻辑编辑的综合是促进该技术发展的偏重趋势5。伴随着现代科技的迅速发展，各种电子产品日益增多，电子设计自动化技术也越来越需要改进。3.2 CPLD简介窗体顶端在上个世纪70年代，第一款可编程逻辑器件，PLD诞生了。其传入是宏单元可编程逻辑的结构，硬件模块方面的设计，是由软件（相当于人工设计本地室

42、内部分结构后的房子）完成，这种设计方案的结构只能适用于小规模电路的制作，但是比之纯硬件设计而言又灵活了很多。 CPLD作为可编程逻辑器件，它是基于PAL制式，GAL逻辑器件6。CPLD作为可编程逻辑器件,它是建立在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。在上个世纪80年代中期，Altera和Xilinx分别介绍了相似的CPLD的PAL制式结构类型（复杂可编程逻辑DVICE）和类似的标准门阵列FPGA（现场可编程门阵列），它们是一个灵活的架构和逻辑单元，具有高集成度和广泛的应用范围的特性。都具有PLD和普通门阵列（FPGA）的优点，可实现大规模电路兼容的这两种设备，逻辑编程非常灵活7。和门

43、阵列等ASIC（专用集成电路），比较而言：它们的设计周期更短，设计与制造所用经费低，先进的开发工具，可实时检查测试等亮点。PLD集成电路的场合都可以使用FPGA和CPLD器件。CPLD和其它类型PLD的结构各有其特点和长处,CPLD由三大部分组成：(1) 可编程内部连线。为各逻辑块之间，以及逻辑块和I/O单元之间提供互 连网络，实现信号连线。 (2) 逻辑块。包括实现乘积项的与阵列、乘积项分配和逻辑宏单元等，用于 实现各种逻辑功能。(3) I/O单元。可以从器件中输出信号，还能提供某些通道给即将输入的信 号。一般有输入、输出和双向I/O模式。CPLD与FPGA的用法一样，CPLD芯片是可编程的

44、的专用集成电路芯片,它除了具有ASIC的特点之外,还具有以下几个优点:随着超大规模集成电路技术的不断提高，单个芯片可以包含数百万个晶体管内，CPLD芯片正变得越来越大，单芯片逻辑门数的规模已经达到数百万门，得到了越来越多的功能，性能逐渐增强。在出厂前，CPLD芯片一定要做好非常严格并且准确的测试，所以设计师完全没有必要担心投片的成本和风险，在任何工作实验台，设计人员就可以通过逻辑设计，并对CPLD进行配置，搭建相应的硬件环境，最终完成满足需求的功能设计。用户可以多次重复在芯片上刻录程序，可以在线实时擦除，使用或者在固定的外围电路的情况下，可实现不同的功能。 CPLD的工具有各种输入工具和仿真工

45、具，与景观设计工具等作品，电路设计者可以在相当短的时间内完成当前电路的各种输入端，各种逻辑编译，优化处理，仿真图像，哪怕是只做最后一个芯片也行的通。当电路只具有较小的变化时，更能显示出FPGA / CPLD的优点。设计人员用FPGA/ CPLD来设计电路，不需要有特殊的IC（集成电路）高深知识，智能EDA软件逐渐的完善，可以使设计师有逻辑电路设计更加省时省心，使产品制作时间大大缩减来满足客户的要求。窗体底端3.3 CPLD与FPGA的对比（1) CPLD的时序延迟具有可预测性并且均匀分布的，而FPGA延迟是不 可预测的。（2) 在编程执行方面，FPGS具有更大的优势，CPLD比之稍微差一点。C

46、PLD 主要是改动芯片内电路的逻辑编辑设计，而FPGA则是修改芯片内部 的布线布局来进行逻辑编程设计（3) FPGA的集成综合程度大大高于CPLD。CPLD的布线布局和逻辑编辑 的方面相对而言更为简单易懂，能更好地完成设计，实现设计要达到 的目标。CPLD所占的界面给小，但其I/O口比FPGA多8。（4) 在具体使用操作方面来说，CPLD具有各种内置芯片，编程只需采用 快速的存储技术，相对而言简单。然而FPGA就不同，FPGA必须拥 有一个外部的存储器，用来进行逻辑设计信息的存储，其复杂程度不 简单。（5) CPLD应用Flash存储器来进行逻辑编辑，就算系统失去电源的支持， 该数据也不会有任

47、何的流失，并且其有效编辑次数极高，可达到万次 左右。FPGA则不然，在系统失去电源的支持下，所存的信息会消失， 必须等下一次再重新去外部存储器中重新调用，具有无数次编辑的特 点。（6) 这两个的保密性不同，CPLD较之于FPGA来说更加稳定。（7) FPGA所需功率的损耗程度在集成综合程度越高的情况下，比CPLD更 低。但在同标准的集成综合程度下，FPGA所需的功率损耗程度更高。3.4 Quartus II集成开发环境简介  Quartus II软件是Altera的综合开发工具，Altera公司曾推出了一款名叫Max+plus II的PLD设计编辑的软件.该软件拥有简易操作

48、的特点，在当时应用较为广泛。但是现在该Max+plus  II软件已不能使用，因为该软件已被Altera公司放弃，停止更新了9。Quartus  II 是Altera公司继Max+ plus  II之后开发的一种针对其公司生产的系列CHI/FGFA器件的综合性开发软件，它的版本不断升级，从4.0版到10.0版，这里介绍的是Quartus  II 9.1版，该软件有如下几个显著的特点：Quartus II软件能够使用很多的器件来制作编辑电路。其中包括有Altera公司的绝大多数器件，还能支持Cyclone系列、MAX  II&

49、#160;CPLD系列、Stratix II系列等。如果使用者能充分运用各个功能模块，就可以使我们的设计工程变得简单，大大的减小我们完成设计任务的时间。对于我们那些急于完成设计的人说，让我们有足够多的时间去验证和整理我们所需求的技术数据，已达到设计的目的。当我们要简单方便的运用DSP系统的时候，可以使用该软件中的DSP  Builder工具的模块和Matlab的模块有效的综合起来。该软件是一个具有多种方式于一体的组合的研制逻辑编辑工具。Quartus  II对局外的EDA工具能完好的匹配。在进行设计的时候，也让我们更加的了解熟悉和操作EDA工具。Altera公司制作完成的Q

50、uartus II软件拥有新一代的PLD设计研制工具平台。在使用Quartus  II时，你会发现它很多的优良性。比如说：各种模块的功能齐全，操作起来简单方便，并且界面人性化。该软件是当前处于最前沿的EDA工具之一，拥有完整的可行性强大的编辑设计开发环境。它能支持各种逻辑编辑和硬件电路设计的形式，配备有各种仿真及电路编辑操作的器件。可以完成各个硬件设计到PLD设计的整个流程。设计中应用了Quartus II 9.1，它几乎支持Altera的大部分CPLD产品。在Quartus II 9.1开发环境下进行了整个设计，其中包括实现逻辑设计、仿真、综合布局布线等。3.5 硬件系统

51、描述语言的简介3.5.1 Verilog HDL硬件描述语言简介窗体顶端Verilog HDL语言是一类描述硬件的语言，可以在逻辑运算中使用，可以利用门级开关抽象的在数字系统中建立模型。然而在当今时代中，Verilog HDL语言成为了现代数字系统的设计不可缺少的硬件编程语言之一，Verilog HDL语言已经成为一种系统集成，逻辑功能的实现与验证,布置总局和线路的技术基础。20世纪90年代中VerilogHDL硬件描述语言被确定为IEEE标准型语言，VerilogHDL的标准被认可后，在允许使用各种抽象设计工具时，能为数字系统的标准文本格式实行详解描述，有易于理解，操作简单，工作效率高等特点。由于其功能较为齐全，大部分设计者第一选择的数字逻辑设计语言就是Verilog HDL语言。Verilog HDL语言的扩展可以通过使用编程语言接口Verilog程序接口（Verilog Procedural Interface,VPI）和（Pro