EDA实验正弦波信号发生器设计
5页1、实验八 正弦信号发生器的设计一、实验目的 1、 学习用VHDL设计波形发生器和扫频信号发生器。2、 掌握FPGA对D/A的接口和控制技术,学会LPM_ROM在波形发生器设计中的实用方法。二、实验仪器PC机 、 EDA实验箱 一台 Quartus II 6.0软件 三、实验原理如实验图所示,完整的波形发生器由4部分组成: FPGA中的波形发生器控制电路,它通过外来控制信号和高速时钟信号,向波形数据ROM发出地址信号,输出波形的频率由发出的地址信号的速度决定;当以固定频率扫描输出地址时,模拟输出波形是固定频率,而当以周期性时变方式扫描输出地址时,则模拟输出波形为扫频信号。 波形数据ROM中存有发生器的波形数据,如正弦波或三角波数据。当接受来自FPGA的地址信号后,将从数据线输出相应的波形数据,地址变化得越快,则输出数据的速度越快,从而使D/A输出的模拟信号的变化速度越快。波形数据ROM可以由多种方式实现,如在FPGA外面外接普通ROM;由逻辑方式在FPGA中实现(如例6);或由FPGA中的EAB模块担当,如利用LPM_ROM实现。相比之下,第1种方式的容量最大,但速度最慢;,第2种方式容量
2、最小,但速度最最快;第3种方式则兼顾了两方面的因素; D/A转换器负责将ROM输出的数据转换成模拟信号,经滤波电路后输出。输出波形的频率上限与D/A器件的转换速度有重要关系,本例采用DAC0832器件。DAC0832是8位D/A转换器,转换周期为1s,其引脚信号以及与FPGA目标器件典型的接口方式如附图2-7所示。其参考电压与5V工作电压相接(实用电路应接精密基准电压)。DAC0832的引脚功能简述如下: ILE(PIN 19):数据锁存允许信号,高电平有效,系统板上已直接连在5V上。 WR1、WR2(PIN 2、18):写信号1、2,低电平有效。 XFER(PIN 17):数据传送控制信号,低电平有效。 VREF(PIN 8):基准电压,可正可负,10V10V。 RFB(PIN 9):反馈电阻端。 IOUT1/ IOUT2(PIN 11、12):电流输出1和2 。D/A转换量是以电流形式输出的,所以必须如实验结构图NO.5所示的连接方式将电流信号变为电压信号。 AGND/DGND(PIN 3、10):模拟地与数字地。在高速情况下,此二地的连接线必须尽可能短,且系统的单点接地点须接在此
3、连线的某一点上。本次实验中的正弦波波型数据由64个点构成,此数据经DAC0832,并经滤波器后,可在示波器上观察到光滑的正弦波(若接精密基准电压,可得到更为清晰的正弦波形)。四、实验内容1:根据例6-9,6-5及以上的设计原理,完成正弦波信号发生器的设计,仿真测试及实验系统上的硬件测试。硬件实验中注意DAC0832及滤波电路须接+/-12V 电压。然后将实验系统左下角选择插针处用短路帽短路“D/A直通”,而“滤波1”,“滤波0”处通过短路或不接短路帽达到不同的滤波方式。将示波器的地与EDA实验系统的地相接,信号端与“AOUT” 信号输出端相接;建议CLK接clock0,由此接“1024Hz”,选电路模式5;如果目标器件是EPIK30TC144,则对应的引脚是72、70、69、68、67、65、42、41。时钟clk接系统的clock0,引脚是126脚。实验图10 波形发生器电路系统结构图 五、实验步骤:1、代码编写,具体参考教材中相关章节。 2、波形仿真。综合编译成功后,建立波形文件进行波形仿真,启动仿真器Simulator,观察输出波形的情况,在软环境下验证设计的正确性。3、引脚锁定
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