极品白丝嫩模被大哥操 基于FPGA的信号发生器设计

　　摘要：信号发生器又称为波形发生器，是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、通信、控制和教学实验等领域。用FPGA所构成的系统来产生波形信号，这个系统既能和主机系统相连，用相应的上层软件展示波形信号，又方便程序的编写，而且还有A/D0809接口可以产生模拟信号的输出和外面的示波器相连。


       以FPGA芯片为载体，通过QuartusII的LPM_ROM模块和VHDL语言为核心设计一个多功能信号发生器，根据输入信号的选择可以输出递增锯齿波、递减锯齿波、三角波、阶梯波和方波等5种信号，通过QuartusII软件进行波形仿真、定时分析，仿真正确后，利用实验板提供的资源，下载到芯片中实现预定功能。
　　
　　信号发生器又称为波形发生器，是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、通信、控制和教学实验等领域。它是科研及工程实践中zui重要的仪器之一，以往多用硬件组成，系统结构比较复杂，可维护性和可操作性不佳。随着计算机技术的发展，信号发生器的设计制作越来越多的是用计算机技术，种类繁多，价格、性能差异很大。用FPGA或CPLD来实现，它的优点是可以进行功能仿真，而且FPGA和CPLD的片内资源丰富，设计的流程简单。用FPGA所构成的系统来产生波形信号，这个系统既能和主机系统相连，用相应的上层软件展示波形信号，又方便程序的编写，而且还有A/D0809接口可以产生模拟信号的输出和外面的示波器相连。
　　
　　1、正弦信号发生器的LPM定制
　　
　　正弦信号发生器由计数器或地址发生器(6位)、正弦信号数据ROM(6位地址线，8位数据线，含有64个8位数据，一个周期)、原理图顶层设计和8位D/A(实验中用DAC0832代替)。
　　
　　其框图如图1所示。其中信号产生模块将产生所需的各种信号，这些信号的产生可以有多种方式，如用计数器直接产生信号输出，或者用计数器产生存储器的地址，在存储器中存放信号输出的数据。信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现，用8选1数据选择器实现对5种信号的选择。　　　　
　　zui后将波形数据送入D/A转换器，将数字信号转换为模拟信号输出。用示波器测试D/A转换器的输出，可以观测到5种信号的输出。
　　
　　1.1定制初始化数据文件
　　
　　QuartusII能接受的LPM_ROM模块中的初始化数据文件的格式有两种：。mif格式文件和。hex格式文件。实际应用中只要使用其中一种格式的文件即可。下面采用。mif格式文件，调出产生ROM数据文件大小的选择窗。根据64点8位正弦数据的情况，可选ROM的数据数Number为64，数据宽Wordsize取8位。单击OK按钮，将出现图2所示的空的。mif数据表格，表格中的数据格式可通过鼠标右键单击窗口边缘的地址数据弹出的窗口选择。　　　　
　　将波形数据填入mif文件表中也可以使用QuartusII以外的编辑器设计MIF文件，其格式如下：
　　
　　#Include<STdio.h>
　　
　　#Include"math.h"
　　
　　main()
　　
　　{inti；floats；
　　
　　for(i=0；i<1024；i++)
　　
　　{s=sin(atan(1)*8*i/1024)；
　　
　　printf("%d:%d；n"，i，(int)((s+1)*1023/2))；}}
　　
　　把上述程序编译成程序后，可在DOS命令行下执行命令：
　　
　　romgen>sin_rom.mif;
　　
　　1.2定制LPM元件
　　
　　打开MegaWizardPlug_InManager初始对话框，选择Createanewcustom…项。单击Next按钮后，选择Storage项下的LPM_ROM，再选择ACEX1K器件和VHDL语言方式；zui后输入ROM文件存放的路径和文件名：F:sing_gntdata_rom(定制的ROM元件文件名)，单击Next按钮，选择ROM控制线、地址线和数据线。这里选择地址线位宽和ROM中数据数分别为6和64；选择地址锁存控制信号inclock。
　　
　　对于地址信号发生器的设计。方法一：用VHDL语言设计6位计数器，产生其元件符号；方法二：仍采用LPM定制的方法。
　　
　　1.3完成顶层设计
　　
　　按图3画出顶层原理图，然后进行编译，波形仿真如图4所示。　　　　　　
　　对当前设计通过执行QuartusII的命令Create∠Update/CreateSymbolFilesforCurrentFile，可以为设计电路建立一个元件符号，以便被顶层设计多功能信号发生器所调用。
　　
　　2、其他信号部分原程序
　　
　　其他各信号发生器可参照正弦信号发生器的设计方法设计或直接采用VHDL硬件描述语言进行设计。
　　
　　LIBRARYIEEE；--递增锯齿波的设计
　　
　　USEIEEE.STDLOGIC1164.ALL；
　　
　　USEIEEE.STDLOGICUNSIGNED.ALL；
　　
　　ENTITYsignal2IS--递增锯齿波signal1
　　
　　PORT(clk，reset：INstd_logic；--复位信号reset，时钟信号clk
　　
　　q：OUTstd_logic_vector(7DOWNTO0))；--输出信号q
　　
　　ENDsignal2；
　　
　　ARCHITECTUREbOFsignal2IS
　　
　　BEGIN
　　
　　PROCESS(clk，reset)
　　
　　VARIABLEtmp：std_logic_vector(7DOWNTO0)；
　　
　　BEGIN
　　
　　IFreset='0'THEN
　　
　　tmp：="00000000"；
　　
　　ELSITrising_ege(clk)THEN
　　
　　IFtmp="11111111"THEN
　　
　　tmp：="00000000"；
　　
　　ELSE
　　
　　tmp：=tmp+1；--递增信号的变化
　　
　　ENDIF；
　　
　　ENDIF；
　　
　　q<=tmp：
　　
　　ENDPROCESS；
　　
　　ENDb；
　　
　　LIBRARYIEEE；--方波的设计
　　
　　USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
　　
　　USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
　　
　　entitysignal5is--方波signal5
　　
　　PORT(clk，reset：instd_logic；--复位信号reset，时钟信号clk
　　
　　q：outstd_logic_vector(7DOWNTO0))；--输出信号q，8位数字信号
　　
　　ENDsignal5；
　　
　　ARCHITEECTUREaOFsignal5IS
　　
　　SIGNAL；a：std_logic；
　　
　　BEGIN
　　
　　PROCESS(clk，reset)
　　
　　YARIABLEtmp：std_logic_vector(7downto0)；
　　
　　BEQIN
　　
　　IFreset='0'then
　　
　　a<='0'；
　　
　　elsifrising_edge(clk)THEN
　　
　　IFtmp="11111111"THEN
　　
　　tmp：="00000000"；
　　
　　ELSE
　　
　　tmp：=tmp+1；
　　
　　ENDIF；
　　
　　iftmp<="10000000"then
　　
　　a<='1'；
　　
　　else
　　
　　a<='0'；
　　
　　ENDIF；
　　
　　ENDIF；
　　
　　ENDPROCESS；
　　
　　PROCESS(clk，a)
　　
　　BEGIN
　　
　　IFrising_edge(clk)THEN
　　
　　IFa='1'THEN
　　
　　q<="11111111"；
　　
　　ELSE
　　
　　q<="00000000"；
　　
　　ENDIF；
　　
　　ENDIF；
　　
　　ENDPROCESS；
　　
　　ENDa；
　　
　　3、顶层电路的设计
　　
　　将上述6个模块生成符号，供顶层电路调用。这些模块分别是：递减锯齿波信号产生模块signall、递增锯齿波信号产生模块signal2、三角波信号产生模块signal3、阶梯波信号产生模块signal4、方波信号产生模块signal5和数据选择器mux51。顶层电路的连接如图5所示。　　　　
　　4、D/A转换器的连接
　　
　　选择一个D/A转换器，将数据选择器的输出与D/A转换器的输入端连接。D/A转换器的可选范围很宽，这里以常用的DAC0832为例。DAC0832的连接电路如图6所示。　　　　
　　5、实现与测试
　　
　　信号发生器顶层电路的仿真波形如图7所示，这里只就输入选择信号等于5时的情况进行仿真，此时输出波形是方波，输出的数字信号为周期性的全0或全1。　　　　
　　信号发生器的底层电路模块也可以分别进行仿真，例如对阶梯波信号产生模块signal4进行仿真，仿真波形如图8所示，输出的数字信号为阶梯状变化。　　　　
　　6、结束语
　　
　　硬件电路设计主要是设计相关模块的设计思想的可视化，是相关模块的电路图的汇总和其相关仿真波形的集锦，该部分条理清晰，思路明确，从中我们可以清晰地看到该设计方案的具体模块和整个设计的原理结构实图；程序设计这一部分主要阐述该设计的设计方法与设计思想，进一步从软件设计上揭示设计构思，主要包含了整个设计所用到的模块的硬件描述语言的设计，本文设计思路清晰，通过QuartusII软件进行波形仿真成功，特别是正弦信号发生器的LPM定制对于编程不是特别强的人员提供另一种途径来实现，加深理解EDA的层次设计思想，很好的把握住了教学的改革方向，更好的锻炼了学生理论实践的能力。