基于vhdl 的简单信号发生器的设计.doc

文档介绍：目录
设计任务及要求 1
1、设计目的 2
2、设计的主要内容和要求 2
3、整体设计方案 2
4、方案选择 3
5、具体实现设计 3
3
7
8
输出频率的选择 9
数码管频率显示 10
D/A的控制 10
6、引脚锁定系统仿真和下载测试 10
LPM_ROM的仿真 10
引脚设置 11
(基于signaltap) 11
7、使用说明 12
各相关元件符号名称 12
使用方法 12
8、总结 13
参考文献 14
《VHDL与数字系统设计》课程设计
设计题目: 简单信号发生器的设计
院系: 电子信息与电气工程系
专业: 电子科学与技术
班级: 电科
学生姓名:
学号:
指导教师:
201年月日
设计任务及要求
本课程设计主要是利用VHDL语言设计一个信号发生器,要求实现以下功能:
信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现,用4选1数据选择器实现对四种信号的输出进行选择。
根据输入信号的选择可以产生周期性输出正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形信号。
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4种信号的输出。
实现根据不同输入输出不同频率输出的功能,并且能把频率显示到数码管上。
实现多种波形的叠加功能。
实现波形幅度的增加功能。
上面的1,2,3这三点要求是基本要求,而4,5,6是本次课程设计的发挥部分。
1、设计目的
1) 掌握使用EDA工具设计信号发生器系统的设计思路和设计方法,体会使用EDA综合过程中电路设计方法和设计思路的不同,理解层次化设计理念。
2) 熟悉在Quartus II环境中,用文本输入方式与原理图输入方式完成电路的设计,同时掌握使用这两种方式相结合的EDA设计思路。
3) 通过这一部分的学习,对VHDL的设计方法进行进一步的学习,对其相关语言设计规范进行更深层次的掌握,能够更加熟练的做一些编程设计。
2、设计的主要内容和要求
通过使用VHDL语言及Quartus II软件,设计多功能信号发生器的每个模块,将正弦波模块,方波模块,三角波模块,锯齿波模块创建相应的元件,同时设计好4选1数据选择器模块,再通过例化连接语句或图形输入的方式,将各个模块组合起来,设计成一个完整的多种信号发生器电路,同时将各个模块单独进行仿真,设计各个模块的仿真波形,最后进行总原理图电路仿真,设计该信号发生器的总的仿真波形,然后进行下载,然后用硬件电路调试。
信号发生器:实现四种波形的转换。
根据题目的分析与整体构思可知,要完成设计任务必须完成以下要求:
1、设计好用于总电路设计的各个信号输出模块;
2、设计好用于波形切换的四路数据选择器;
3、设计好用于频率切换的分频电路;
4、设计好用于数码管显示的动态扫描电路;
5、设计好用于波形叠加的选择电路;
6、设计好数模(D/A)转换。
3、整体设计方案
基本设计方案:在现有多路选择器的基础上,加上其它信号模块,通过组合与设计,用数模转换器(D/A)将选中的信号源发出的信号由数字信号转换为模拟信号,再用示波器显示出来,其信号发生器的基本结构框图如图所示。
信号发生器由各个单一信号模块组合而成,其中信号产生模块将产生所需的各种信号,信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现,用4选1数据选择器实现对四种信号的选择。最后将波形数据送入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4种信号的输出。
图信号发生器结构框图
最后,在前面模块做好的基础上再考虑如何输出波形的问题,通过对四种波形采样就可以得到。
总体功能框图
4、方案选择
各波形数据模块实现方式
①. VHDL模块各自调用:这种方法看起来比较明了,很容易知道自己写了什么,但是正弦波,锯齿波这些波形的数据切换都要自己查表自己输入进vhdl文本中去,这样不仅费时费力,而且很容易出错,一旦出错,很难找出错误的所在,总的来说不是一个很好的方案。
②. LPM_ROM调用:LPM,即参数化模块库(Library of Parameterized Modules),是Altera 公司FPGA/CPLD设计软件Quartus II自带的一些宏功能模块,功能非常强大,很容易满足我们的要求,我们只要建立一个ROM模块,并且把数据文件导入进去就可以很简单的做出一个我们需要的宏模块。
很明显要选LPM_ROM作为解决方案,这样我们要分别做四种波形的ROM