方波信号发生器设计

方波信号发生器设计

一.实验目的:

1．进一步熟悉QuartusII及其LPM_ROM与FPGA硬件资源的使用方法。

2.加深对电路理论概念的理解

3.进一步熟悉常用仪器的使用及调试

4.加深计算机辅助分析及设计的概念

5.了解及初步掌握对电路进行计算机辅助分析的过程

6.培养学生发现问题、分析问题的创新能力

7.锻炼学生搜集资料、分析综合资料的能力

二．实验原理:

方波波信号发生器由四部分组成：

计数器或地址发生器（这里选择6位）。

方波信号数据ROM（6位地址线、8位数据线），含有64个8位数据（一个周期）。VHDL顶层设计。

8位D/A（实验中用DAC0832代替）。

图1所示的信号发生器结构框图中，顶层文件singt.vhd在FPGA中实现，包含两个部分：ROM的地址信号发生器，由6位计数器担任；一个方波数据ROM，由LPM_ROM模块构成。LPM_ROM底层是FPGA中的EAB、ESB或M4K等模块。地址发生器的时钟CLK的输入频率f0与每周期的波形数据点数（在此选择64点），以及D/A输出的频率f的关系是：f = f0/64。

图1 方波信号发生器结构框图

三．实验内容:

1.新建一个文件夹。利用资源管理器，新建一个文件夹,如：e : \SIN_GNT 。注意，文件夹

名不能用中文。

2.输入源程序。打开QuartusII，选择菜单“File”“New”，在New 窗中的“Device Design Files”

中选择编译文件的语言类型，这里选“VHDL Files”。然后在VHDL 文本编译窗中键入VHDL 程序:

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

entity square is

port(clk,clr:in std_logic;

q:out integer range 0 to 255

);

end entity;

architecture behav of square is

signal a:bit;

begin

process(clk,clr) --计数分频

variable cnt:integer range 0 to 32; begin

if(clr='0') then

a<='0';

elsif clk'event and clk='1' then

if cnt<31 then --进行32分频

cnt:=cnt+1;

else

cnt:=0;

a<=not a;

end if;

end if;

end process;

process(clk,a) --信号输出

begin

if clk'event and clk='1' then

if a='1' then

q<=255;

else

q<=0;

end if;

end if;

end process;

end behav;

3. 建立.mif格式文件

首先选择ROM 数据文件编辑窗，即在File 菜单中选择“New”，并在New 窗中选择“Other files”项，并“Memory Initialization File”（图3-11），点击OK 后产生ROM 数据文件大小选择窗。这里采用64 点8位数据的情况，可选ROM 的数据数Number 为64，数据宽Word size 取8 位。点击“OK”，将出现空的mif数据表格，表格中的数据为10 进制表达方式，任一数据（如第三行的99）对应的地址为左列于顶行数之和。将波形数据填入此表中，完成后在File 菜单中点击“Save as”，保存此数据文件，在这里不妨取名为romd.mif

4.定制ROM元件

利用Mega Wizard Plug-In Manager 定制方波数据ROM 步骤如下：

设置Mega Wizard Plug-In Manager 初始对话框。在Tools 菜单中选择“Mega Wizard Plug-In Manager”，产生图3-14的界面，选择“Create a new custom…”项，即定制一个新的模块。点击“Next”后，产生图3-15 对话框，在左栏选择“Storage”项下的LPM_ROM，再选“Cyclone”器件和VHDL 语言方式，最后键入ROM 文件存放的路径和文件名，点击“Next”。

5.创建.bdf文件，连接引脚，如图：

6.编译

7.仿真

（1）打开波形编辑器。选择菜单File 中的New 项，在New 窗中选“Other Files”中的“Vector Waveform File”，点击OK，即出现空白的波形编辑器（图3-21）。

（2）设置仿真时间区域。为了使仿真时间轴设置在一个合理的时间区域上，在Edit 菜单中选择“End Time”项，在弹出的窗中的“Time”窗中键入100，单位选“ms”，即整个仿真域的时间即设定为100毫秒，点击OK，结束设置。

（3）存盘波形文件。选择File 中的“Save as”。

（4）编辑输入波形（输入激励信号）。点击时钟名CLK，使之变兰色，再点击左列的时钟设置键，在Clock 窗中设置CLK 的周期为10ns（图3-22）；所示的Clock 窗中的“Duty