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1、巢湖学院2013级EDA技术课程设计 信号发生器设计EDA技术课程设计报告设计题目： 信号发生器设计 专业班级： 13电子信息工程（2）班 指导教师： 目录1.1 EDA概述11.2 Quartus II 概述11.3 VHDL语言介绍21.4 信号发生器概述32 信号发生器总体设计结构42.1 系统设计要求和目的42.2.1 系统设计要求42.2.2 系统设计目的42.2 信号发生器结构框图43 信号发生器的实现53.1 信号发生器的顶层原理图5本设计的主题思想是各个模块分别产生相应的波形，再通过一个4 选1 数据选择器输出相应的波形。53.2 系统各功能模块的实现53.2.1 锯齿波模块5
2、3.2.2 方波模块63.2.3 正弦波模块63.2.4 三角波模块63.2.5 显示模块DELED73.2.6 数据选择器模块73.2.7 数模转换模块74 函数信号发生器仿真及分析84.1 顶层电路仿真84.2 单元模块的仿真及分析84.2.1 锯齿波模块的仿真及分析84.2.2 方波模块的仿真及分析94.2.3 正弦波模块的仿真及分析94.2.4 三角波模块的仿真及分析94.2.5 数据选择器模块的仿真及分析10图4-6数据选择器模块的功能仿真图105 锁定管脚及硬件实现105.1 锁定管脚图105.2 硬件实现115.2.1 锯齿波测试结果115.2.2 方波测试结果125.2.3 正
3、弦波测试结果125.2.3 三角波测试结果136 设计体会与总结13参考文献14附 录151ladder模块的VHDL程序152square模块的VHDL程序163zhengxianbo控制模块的VHDL程序174delta模块的VHDL程序185ch41模块的VHDL程序196seltime模块207deled模块的VHDL程序208 TLC7524模块VHDL 程序211.1 EDA概述EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关开发软件,自动完成用软件的方式设计的电子系
4、统到硬件系统实现,最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。1.2 Quartus II 概述Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。Quartus II支
5、持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。Maxplus II 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Alt
6、era已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便的使用方法。Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。 Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支持一个工
7、作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添 了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件。1.3 VHDL语言介绍硬件描述语言HDL是EDA技术的重要组成部分，常见的HDL语言有VHDL、Verilog HDL、 ABEL、AHDL、System Verilog 和 System C。其中VH
8、DL，Verilog在现在的EDA设计中使用最多，也拥有几乎所有主流EDA工具的支持。而System Verilog和System C这两种HDL语言还处于完善过程中。VHDL是作为电子设计主流硬件的描述语言之一，这里我们将重点介绍它。VHDL的英文全名是VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)，于1983年由美国国防部(DOD发起创建)，由IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)进一步发展，并在1987年作为“IE
9、EE标准1076”发布。从此，VHDL成为硬件描述语言的业界标准之一。自IEEE公布了标准版本(IEEE Std 1076)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具支持VHDL。从此VHDL在电子设计领域得到广泛应用，并逐步取代了原有的非标准硬件描述语言2。VHDL作为一个规范语言和建模语言，随着它的标准化，出现了一些支持该语言的行为仿真器。由于创建VHDL的最初目标是用于标准文档的建立和电路功能模拟，其基本想法是在高层次上描述系统和元件的行为。但到了20世纪90年代初，人们发现，VHDL不仅可以作为系统模拟的建模工具，而且可以作为电路系统的设计工具：可以利用软
10、件工具将VHDL源码自动地转化为文本方式表达的基本逻辑元件连接图，即网表文件。这种方法显然对于电路自动设计是一个极大的推进。很快，电子设计领域出现了第一个软件设计工具，即VHDL逻辑综合器，它可以标准地将VHDL的部分语句描述转化为具体电路实现的网表文件。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展了VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本。现在，VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言3。VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，
11、能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。VHDL允许以下三种描述方式：（1）结构描述：描述该设计单元的硬件结构，即该硬件是如何构成的。主要使用配置指定语句及元件例化语句描述元件的类型及元件的互连关系。（2）行为描述：描述该设计单元的功能，即该硬件能做些什么。主要使用进程语句，以算法形式描述数据的变换和传送。（3）数据流方式：以类似于寄存器传输级的方式描述数据的传输和变换。主要使用并行的信号赋值语句，既显式表示了设计单元的行为，也隐式表示了设计单元的结构。VHDL具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，并具有良好的电路行为描述和系统描述能力
12、，并在语言易读性和层次化结构化设计方面，表现了强大的生命力和应用潜力。因此，VHDL在支持各种模式的设计方法、自项向下与自底向上或混合方法方面，在面对当今许多电子产品生命周期的缩短，需要多次重新设计以融入最新技术，改变工艺等方面都表现了良好的适应性。用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能的工艺有关的因素花费过多的时间和精力。此外，它支持大规模设计的分解和己有设计的再利用，一个大规模设计不可能一个人独立完成，它将由多个人甚至多个项目组共同完成。VHDL中设计实体(design entity)的概念、程序包(package)的概念、设计库
13、(library)的概念为设计的分解和设计的再利用提供了有力的支持。1.4 信号发生器概述信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频
14、率或高或低的振荡器。2 信号发生器总体设计结构2.1 系统设计要求和目的2.2.1 系统设计要求设计一个简易信号发生器。要求能够产生正弦波、方波、锯齿波和三角波信号，并能够实现调频功能；最终能在示波器上观察到各种波形。2.2.2 系统设计目的1.通过这次实验设计使我们加深对EDA技术与数字系统设计相关理论和概念的理解，培养我们的理论联系实际的能力，特别是实际动手能力。2.学习使用QUARTUS II软件设计。3.根据原理图学会用VHDL语言设计时序电路。4.学会绘制功能仿真波形图。2.2 信号发生器结构框图图1 信号发生器的结构框图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
15、用数据选择器实现，用4选1数据选择器实现对4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。3 信号发生器的实现3.1 信号发生器的顶层原理图图3-1 信号发生器顶层原理图本设计的主题思想是各个模块分别产生相应的波形，再通过一个4 选1 数据选择器输出相应的波形。3.2 系统各功能模块的实现3.2.1 锯齿波模块图3-2 锯齿波模块图锯齿波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM 中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示锯齿波形。3.2.
16、2 方波模块图3-3 方波模块图方波波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM 中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示方波波形。3.2.3 正弦波模块图3-4 正弦波模块图正弦波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM 中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信号接入示波器即可显示正弦波形。3.2.4 三角波模块图3-5 三角波模块图三角波的产生思想是将对模拟波形采样后的编码存入定义好的ROM 中，再根据时钟循环的将这些编码顺序输出，在输出端将经过数模转换器转换后的模拟信
17、号接入示波器即可显示三角波形。3.2.5 显示模块DELED图3-6 DELED模块图DELED模块把送入的每个四位数据转换为7段码送出显示，能够使数码管正常显示送入的数据。其中DP为小数点输入信号。3.2.6 数据选择器模块图3-7 选择器模块图在该模块为4 选1 的数据选择器，包括4 个数据输入端，一个数据选择输入端和一个数据输出端。其功能是根据数据选择输入端输入的数据来选择相应的数据送到输出端。从而实现数据的选择输出。3.2.7 数模转换模块图3-8 数模转换模块图4 函数信号发生器仿真及分析4.1 顶层电路仿真图4-1 信号发生器系统功能仿真图clk：时钟信号，控制输出的波形数据。cl
18、k1：控制数码管显示的时钟信号。clk2：控制数模转换的时钟信号。reset:复位信号，当reset为0时清零。datain1.0：波形选择控制信号。sel：计数控制信号输出端。e7.0是波形输出。aa至hh是数码管输出。4.2 单元模块的仿真及分析4.2.1 锯齿波模块的仿真及分析图4-2 锯齿波模块的功能仿真图如图所示，复位信号reset为低电平时清零，否则正常输出。每当检测到时钟上升沿时，计数器加16，当增大到最大值后清零，再重新计数。计数值成线性关系，因此输出的波形是递增的斜波，也就是锯齿波。4.2.2 方波模块的仿真及分析图4-3 方波模块的功能仿真图如图所示，复位信号reset为低
19、电平时清零，否则正常输出。方波只有两个值，本实验采用两个极端值00和FF。每当检测到时钟上升沿时，输出值由00和FF交替出现。因此输出的波形是方波。4.2.3 正弦波模块的仿真及分析图4-4 正弦波模块的功能仿真图如图所示，复位信号reset为低电平时清零，否则正常输出。每当检测到时钟上升沿时，计数器做递增运算，当增大到最大值后再做递减运算，再重复。因此输出的波形便呈现出正弦波的形状。4.2.4 三角波模块的仿真及分析图4-5 三角波模块的功能仿真图如图所示，复位信号reset为低电平时清零，否则正常输出。每当检测到时钟上升沿时，计数器加1，当增大到最后清零，再重新计数。因此输出的波形便呈现出
20、三角波的形状。4.2.5 数据选择器模块的仿真及分析图4-6数据选择器模块的功能仿真图Datain1.0为选择信号，当Datain1.0为00时，选择d0。当Datain1.0为01时，选择d1。当Datain1.0为10时，选择d2。当Datain1.0为11时，选择d3。5 锁定管脚及硬件实现5.1 锁定管脚图在验证信号发生器系统的功能之前，需要清楚实验箱与各个信号之间的对应关系，参照资料得出本设计中各引脚的对应情况如下：图5-1 管脚锁定图5.2 硬件实现5.2.1 锯齿波测试结果5-2 锯齿波数码管显示图在clk 端输入时钟信号，reset置1，当图1 的原理图中的datain1.0输
21、入“00”时得到的是锯齿波波形，如上图所示。5.2.2 方波测试结果5-2 方弦波数码管显示图在clk 端输入时钟信号，reset置1，当图1 的原理图中的datain1.0输入“10”时得到的是方波波形，如上图所示。5.2.3 正弦波测试结果5-3 正弦波数码管显示图在clk 端输入时钟信号，reset置1，当图1 的原理图中的datain1.0输入“11”时得到的是正弦波波形，如上图所示。5.2.3 三角波测试结果5-4 三角波数码管显示图在clk 端输入时钟信号，reset置1，当图1 的原理图中的datain1.0输入“01”时得到的是三角波波形，如上图所示。6 设计体会与总结通过这次
22、紧张而又充实的EDA课程设计，我感受到了VHDL语言和普通软件语言之间的区别，也能够更加熟练地运用VHDL语言进行逻辑电路的设计了，受益匪浅。我们所做的课题是信号发生器的设计。老师给了我们课程设计题目，在这半个月的实验操作中，不断的完善自己的设计要求，将自己的想法融入到实验的程序中去。最终通过仿真达到了自己预想的效果。有种先苦后甜的成就感。同时在本次试验中，我们熟练的掌握了Quartus II软件的使用。学会了如何把自己所设计的程序，通过软件用波形仿真出来，再通过试验箱仿真出来。虽然这次课程设计结果示波器上并没有显示成功，但是，要感谢陈老师在课程设计上给予我的帮助，提供给我的支持与建议，陪我们
23、一起研究如何解决这个问题。在此期间，我不仅学到了许多新知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学们，他们也为我解决了不少难题。这些东西是无法再平时上课的过程中学到的，实践出真知，只有在实验中我们才能更好的学到东西，不用纸上谈兵，做无用功。参考文献1 潘松，黄继业 EDA 技术实用教程北京：科学出版社，20022 甘历VHDL 应用与开发实际北京：科学出版社，20033 孙延鹏，张芝贤VHDL 与可编程逻辑器件应用航空工业出版社，20064 赵明富，李立军，石新锋，沈献博EDA 技术基础北京大学出版社，20075 黄仁欣EDA 技术实用教程清华大学出版社，2006
24、附 录1 ladder模块的VHDL程序2 square模块的VHDL程序3 zhengxianbo控制模块的VHDL程序4 delta模块的VHDL程序5 CH41模块的VHDL程序6 seltime模块7 deled模块的VHDL程序8 TLC7524模块VHDL 程序1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
25、6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实
26、现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机
27、系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
28、 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采
29、集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测
30、系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床
31、数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与
32、应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现1
33、03. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可
34、行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！25