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
cycle”是占空比，可选50，即50%占空比，再对文件存盘
（5）编译仿真波形如图：
四．实验体会：
通过实验，激发了我们学习EDA的兴趣，也对这门课程有了更深的理解，对EDA 设计软件Quarter Ⅱ的使用也更加熟练。

在老师给我们的材料中，我们分析了方波信号发生器在整个运行过程中的状态，并参考资料写出了状态图，然后根据状态图用有限状态机来实现了各个状态之间的转换，进而实现了产生方波信号。

我想我们对EDA的学习只能算是个入门，这个领域的发展空间非常大，应用范围也非常广泛，而且我相信在将来还会有更加广阔的应用前景。

因此在以后的学习过程中，我们不能因为课程学习的结束而结束了对这个领域的探索，相反我们应更加努力的去学习它。

感谢老师孜孜不倦的教诲，让我们不仅学到了知识，也学到了做人做事的一些道理，为我们提供了很多帮助。

在接下来的学习生涯中，我们会继续努力，努力扎实地学习专业知识，实现自己的理想。