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1、.实验八实验八 正弦信号发生器的设计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
2、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
3、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，10V1
4、0V。 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
5、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A
6、dd0Q15.0A5.06 h01 -B5.0PREOUT5.0DQinclockaddress5.0data_rom:U1dout7.0q7.0ENAADDERCLRclk五、实验步骤：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、引脚锁定和程序下载。参 选实验电路模式 5 和附表一中的FLEX10K20EP1K30/50144-PIN TQFP 目标芯片，确定输入引脚并在开发环境中进行引脚锁定操作后重新综合编译，成功后进行下载操作。六、实验报告：
7、六、实验报告：作出本项实验设计的完整电路图，详细说明其工作原理，叙述例 7-4 的工作原理，以及基于 LPM_ROM 的 VHDL 电路设计的详细内容和测试、实验内容。1、设计流程图。2、VHDL 代码。3、仿真波形图。4、硬件测试数据表。.5、分析实验结果。6、心得体会。七、实验思考题：如果 CLK 的输入频率是 50MHz，ROM 中一个周期的正弦波数据是 128 个，要求输出的正弦波频率不低于 150KHz，DAC0832 是否能适应此项工作？为什么？.附表一附表一是是 GW48CK/GK/PKGW48CK/GK/PK 系统（万能接插口与结构图信号系统（万能接插口与结构图信号/ /与芯片
8、引脚对照表）与芯片引脚对照表）XCS30结 构 图上 的 信号名PIO0PIO1PIO2PIO3PIO4PIO5PIO6PIO7PIO8PIO9PIO10PIO11PIO12PIO13PIO14PIO15PIO16PIO17PIO18PIO19PIO20PIO21PIO22PIO23PIO24PIO25PIO26PIO27PIO28PIO29PIO30PIO31PIO32PIO33引脚号138139140141142345910121314151619202122232425262829307577787980828384I/O0PIO 1PIO 2PIO 3PIO 4PIO 5PIO 6PI
9、O 7PIO 8PIO 9PIO 10PIO 11PIO 12PIO 13PIO 14PIO 15PIO 16PIO 17PIO 18PIO 19PIO 20PIO 21PIO 22PIO 23PIO 24PIO 25PIO 26PIO 27PIO 28PIO 29PIO 30PIO 31PIO 32PIO 33引脚名称144-PIN TQFPXC95108XC9572-PLCC84引 脚号123456791011121314151718192021232425263132333435363739404143引 脚 名称I/O0PIO 1PIO 2PIO 3PIO 4PIO 5PIO 6PIO
10、 7PIO 8PIO 9PIO 10PIO 11PIO 12PIO 13PIO 14PIO 15PIO 16PIO 17PIO 18PIO 19PIO 20PIO 21PIO 22PIO 23PIO 24PIO 25PIO 26PIO 27PIO 28PIO 29PIO 30PIO 31PIO 32PIO 33EP1K100EPF10K30E/50E208-PIN P/RQFP引脚号7891112131415171824252627282930313637383940414445113114115116119120121122I/OPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOP
11、IOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIN_8PIN_9PIN_10PIN_12PIN_13PIN_17PIN_18PIN_19PIN_20PIN_21PIN_22PIN_23PIN_26PIN_27PIN_28PIN_29PIN_30PIN_31PIN_32PIN_33PIN_36PIN_37PIN_38PIN_39PIN_41PIN_42PIN_65PIN_67PIN_68PIN_69PIN_70PIN_72PIN_73PIN_78PIO 0PIO 1PIO 2PIO 3PIO 4PIO 5
12、PIO 6PIO 7PIO 8PIO 9PIO 10PIO 11PIO 12PIO 13PIO 14PIO 15PIO 16PIO 17PIO 18PIO 19PIO 20PIO 21PIO 22PIO 23PIO 24PIO 25PIO 26PIO 27PIO 28PIO 29PIO 30PIO 31PIO 32PIO 33引脚名称FLEX10K20EP1K30/50144-PIN TQFP引脚号引脚名称引 脚号234567891113141516172526282930323334353637388283848586878889PIO 0PIO 1PIO 2PIO 3PIO 4PIO 5P
13、IO 6PIO 7PIO 8PIO 9PIO 10PIO 11PIO 12PIO 13PIO 14PIO 15PIO 16PIO 17PIO 18PIO 19PIO 20PIO 21PIO 22PIO 23PIO 24PIO 25PIO 26PIO 27PIO 28PIO 29PIO 30PIO 31PIO 32PIO 33引脚名称ispLSI 3256/A-PQFP160.XCS30结 构 图上 的 信号名PIO34PIO35PIO36PIO37PIO38PIO39PIO40PIO41PIO42PIO43PIO44PIO45PIO46PIO47PIO48PIO49SPEAKERXC95108
14、XC9572-PLCC84引 脚号444546474850515253545556575861626365666768697071727579引 脚 名称PIO 34PIO 35PIO 36PIO 37PIO 38PIO 39PIO 40PIO 41PIO 42PIO 43PIO 44PIO 45PIO 46PIO 47PIO 48PIO 49PIO 50PIO 51PIO 52PIO 53PIO 54PIO 55PIO 56PIO 57PIO 58PIO 60PIO 63EP1K100EPF10K30E/50E208-PIN P/RQFP引脚号125126127128131132133134
15、135136139140141142143144148182183184149150157170112111104PIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIOPIO引脚名称FLEX10K20EP1K30/50144-PIN TQFP引脚号PIN_79PIN_80PIN_81PIN_82PIN_83PIN_86PIN_87PIN_88PIN_89PIN_90PIN_91PIN_92PIN_95PIN_96PIN_97PIN_98PIN_99引脚名称PIO 34PIO 35PIO 36P
16、IO 37PIO 38PIO 39PIO 40PIO 41PIO 42PIO 43PIO 44PIO 45PIO 46PIO 47PIO 48PIO 49PIO 50ispLSI 3256/A-PQFP160引 脚号909293949596105106108109110112113114115116117118119120121103122123102124126PIO 34PIO 35PIO 36PIO 37PIO 38PIO 39PIO 40PIO 41PIO 42PIO 43PIO 44PIO 45PIO 46PIO 47PIO 48PIO 49PIO 50PIOPIOPIOPIOY2P
17、IOPIOY3PIOPIO引脚名称144-PIN TQFP引脚号8586878889929394959697989910110210310411111311410611211511676117119PIO 34PIO 35PIO 36PIO 37PIO 38PIO 39PIO 40PIO 41PIO 42PIO 43PIO 44PIO 45PIO 46PIO 47PIO 48PIO 49PIO引脚名称CLOCK0CLOCK1CLOCK2CLOCK3CLOCK4CLOCK5CLOCK6CLOCK7CLOCK8CLOCK9PIN_12PIN_126 6INPUT1INPUT1PIN_55PIN_55GCLOK1GCLOK1PIN_54PIN_54INPUT3INPUT3PIN_100PIN_101PIN_56PIN_117PIN_118PIO 62PIO 53PIO 61PIO 52PIO 51PIN_10PIN_102 2PIN_12PIN_124 4INPUT2INPUT2GCLOK2GCLOK2.CLOCK102103PIOPIN_119PIO 63101Y4.