VHDL課程設(shè)計-函數(shù)信號發(fā)生器Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ 學生姓名: 學 號: 專 業(yè): 年級班級: 課程名稱: 可編程數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 實驗項目: VHDL設(shè)計一信號發(fā)生器 試驗時間: 2014年5月24日 指導(dǎo)老師: 一、實驗?zāi)康模菏煜DA工具，掌握用VHDL語言進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和流程，提高工程實踐能力 二、設(shè)計任務(wù)設(shè)計信號發(fā)生器，用VHDL語言描述，用QuartusII工具編譯和綜合，并在實驗板上調(diào)試并實現(xiàn)所要求功能和技術(shù)指標，撰寫實驗報告，最后提交驗收并答辯。題目一：設(shè)計正弦波發(fā)生器題目二：設(shè)計鋸齒波發(fā)生器題目三：設(shè)計三角波發(fā)生器三、功能要求與技術(shù)指標基本功能：（1 ）模擬輸出：

2、由于FPGA上無D/A轉(zhuǎn)換模塊，因此設(shè)計中必須包含PWM發(fā)生模塊，PWM輸出后經(jīng)過RC低通波電路轉(zhuǎn)換為電壓幅值正比于占空比的模擬電壓。濾波電路需自行設(shè)計。（2）可以通過按鍵設(shè)定波形的頻率，頻率可以顯示在數(shù)碼管上。（3）按鈕開關(guān)輸入須消抖處理。在完成以上功能的前提下，可增加其它一些實用的功能。要求：1、每個同學必須完成基本功能，在完成基本功能的前提下可自由發(fā)揮。2、實驗報告主要內(nèi)容包含：設(shè)計原理、系統(tǒng)分析、程序設(shè)計、仿真/實驗結(jié)果（例如波形圖和實驗板運行時的照片）、結(jié)論或分析、使用說明 等，在最后附上主要源程序。3、程序代碼結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強，關(guān)鍵語句應(yīng)注釋。四、設(shè)計原理：原理圖：原理圖（PS：

3、RESTA按鍵已被刪除）cntpwm_outpwmclkSMGDENCHTFILTRIGHTANMUA按鍵信號消抖模塊計數(shù)鍵模塊移復(fù)位鍵模塊選頻模塊數(shù)碼管模塊（動態(tài)掃描）（頻率計算）PWM模塊（正弦波數(shù)據(jù)存儲）(分頻比較)cnt信號發(fā)生器的原理框圖信號發(fā)生器的基本工作原理：1、利用ROM、數(shù)組或使用CASE語句將計算的正弦波采樣的占空比數(shù)據(jù)存儲。由分頻器將FPGA上的晶振進行分頻所得的時鐘信號作為計數(shù)時鐘。最后進行利用比較的方式得到占空比可調(diào)的脈沖波。同時，分頻器的分頻系數(shù)可由鍵盤和數(shù)碼管配合的顯示數(shù)值進行運算反饋回PWM模塊，達到頻率可調(diào)的目的。此外，另設(shè)一輸出接至LED2，無法測量波形的情

4、況下，利用呼吸燈的效果可檢測PWM模塊的完成與頻率可調(diào)的成功性。2、鍵盤設(shè)移位復(fù)位鍵，數(shù)碼管計數(shù)鍵與頻率傳送鍵。同時設(shè)立消抖計數(shù)值，當按鍵按下以后進行計數(shù)，在按鍵退出后，停止計數(shù)，取最后一次計數(shù)作為按鍵信號完成按鍵消抖。按下移位復(fù)位鍵，數(shù)碼管位選下一位，同時示數(shù)復(fù)位清零，并且循環(huán)移位，當按完4次按鍵后，數(shù)碼管全部清零。按下數(shù)碼管計數(shù)鍵，數(shù)碼管計數(shù)，按一次計一次，采用十進制循環(huán)計數(shù)。按下頻率傳送鍵，將數(shù)碼管所顯示的數(shù)值作為頻率傳送到PWM模塊，設(shè)頻率理論值范圍10hz99990hz。3、用于按鍵顯示的數(shù)碼管計數(shù)的計數(shù)采用十進制。設(shè)定的計數(shù)值由四位數(shù)碼管動態(tài)顯示，并且被設(shè)定的位選數(shù)碼管.點亮，表明

5、該數(shù)碼管被選中。同時通電后，需利用移位復(fù)位功能將數(shù)碼管清零。五、系統(tǒng)分析：1、根據(jù)原理圖與原理框圖： 系統(tǒng)電路可分成4個主干模塊：PWM模塊、按鍵消抖模塊、按鍵設(shè)定模塊、數(shù)碼管模塊。 PWM：通過對正弦波采樣存儲并利用時鐘分頻再進行比較獲得PWM波，同時分頻系數(shù)由按鍵與數(shù)碼管陪和共同反饋運算結(jié)果進行分頻。按鍵消抖：按鍵按下是會產(chǎn)生不穩(wěn)定，設(shè)定何時的計數(shù)時間，再取按鍵拔起后獲得的最后一次計數(shù)作為按鍵信號。 按鍵設(shè)定：按鍵計數(shù)，按下后數(shù)碼管進行計數(shù)。移位復(fù)位，按下后數(shù)碼管位選再移位與復(fù)位下一位數(shù)碼管。頻率傳送，將數(shù)碼管示數(shù)作為頻率傳送到PWM模塊。數(shù)碼管：動態(tài)掃描，頻率值顯示在數(shù)碼管上 。2、說明

6、：數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，使用前先用移位復(fù)位鍵將示數(shù)清零。測六、程序設(shè)計：LIBRARY IEEE;USE IEEE. STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE. STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.NUMERIC_STD.ALL;ENTITY zxb_mao ISPORT(CLK :IN STD_LOGIC;RIGHTA:IN STD_LOGIC;-右移輸入鍵CNTFILT:IN STD_LOGIC;-頻率選擇鍵RESTA :IN STD_LOGIC;-復(fù)位輸入鍵NUMA:IN STD_LOGIC;-按鍵計數(shù)輸入鍵PWM:OUT STD_LOGIC;PWM

7、_LED :OUT STD_LOGIC;-LED亮燈SMG:OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); -數(shù)碼管的段數(shù)據(jù)DEN:OUT STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); -數(shù)碼管的選通信號 END zxb_mao;ARCHITECTURE syn OF zxb_mao ISsignal a,b,c,d:integer range 0 to 9;-輸入數(shù)signal cnt:integer range 0 to 50000000;-調(diào)頻頻信號signal num :integer range 0 to 9; -數(shù)碼管顯示計數(shù)signal nu

8、m_1 :integer range 0 to 3;-數(shù)碼管位移數(shù)signal count:integer range 0 to 50000000;-晶振分頻計數(shù)signal count_key:integer range 0 to 2499;-鍵盤掃描分頻signal clkcnt:std_logic;-可調(diào)分頻時鐘signal cout1:integer range 0 to 255;signal COM:integer range 0 to 255;-采樣數(shù)據(jù)signal tmp:std_logic_vector(5 downto 0);signal key1filt : std_log

9、ic;-按鍵NUMA消抖后得到的信號signal key1cnt: integer range 0 to 50000000; -用于對NUMA按鍵輸入有效時間進行計數(shù)signal key2filt : std_logic;-按鍵RIGHTA消抖后得到的信號signal key2cnt: Integer range 0 to 50000000; -用于對RIGHT_按鍵輸入有效時間進行計數(shù)signal key3filt : std_logic;-按鍵CNTFILT消抖后得到的信號signal key3cnt: integer range 0 to 50000000; -用于對LIFT_按鍵輸入有

10、效時間進行計數(shù)signal count1:integer range 0 to 500000000;signal cout2:std_logic_vector(3 downto 0);signal clk1hz:std_logic;signal clk100khz:std_logic;BEGIN- -PWM模塊 PROCESS(CLK)variable tmp :integer; -時鐘分頻實現(xiàn)頻率可調(diào) BEGIN tmp:=tmp; IF rISing_edge(CLK) THEN IF count=cnt then count=0; CLKCNT=1;ELSE count=count+1;

11、 CLKCNT=0; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(CLKCNT) BEGIN IF rISing_edge(CLKCNT) THEN IF cout1=255 THEN cout1=0; tmp=tmp+1; IF tmp=111111 then tmp=000000; END IF; ELSE cout1COMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCO

12、MCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMnull; end case;END PROCESS;PROCESS(CLK) BEGIN IF rISing_edge(CLK) THEN IF cout1 COM THEN -比較計數(shù)采樣PWM PWM =0; PWM_LED =0;-LED實現(xiàn)PWM檢測 ELSE PWM =1; PWM_LED =1;-LED實現(xiàn)PWM檢測 END IF; END IF; END PROCESS;- -按鍵消抖模塊PROCESS (NUMA)-NUMA按鍵消抖 const

13、ant N :integer := 5000000;-消抖時間，對于50Mhz的基準時鐘，這相當于0.1SBEGIN IF CLKevent and CLK = 1 THENIF NUMA = 0 THEN -當key1 輸入低電平，即按鍵按下IF key1cnt /= N THEN -一直計數(shù)到Nkey1cnt = key1cnt + 1;END IF;IF key1cnt = N-1 THEN -最后一個計數(shù)時輸出key1filt脈沖 key1filt = 1;ELSEkey1filt = 0;END IF;ELSE -若key1 輸入高電平，表明按鍵被釋放key1cnt = 0;END

14、IF;END IF;END PROCESS;PROCESS (RIGHTA)-RIGHTA按鍵消抖 constant N :integer := 5000000;BEGIN IF CLKevent and CLK = 1 THENIF RIGHTA= 0 THEN IF key2cnt /= N THEN key2cnt = key2cnt + 1;END IF;IF key2cnt = N-1 THEN key2filt = 1;ELSEkey2filt = 0;END IF;ELSE key2cnt = 0;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS (CNTFIL

15、T)-CNTFILT按鍵消抖 constant N :integer := 5000000;BEGIN IF CLKevent and CLK = 1 THENIF CNTFILT = 0 THEN IF key3cnt /= N THEN key3cnt = key3cnt + 1;END IF;IF key3cnt = N-1 THEN key3filt = 1;ELSEkey3filt = 0;END IF;ELSE key3cnt = 0;END IF;END IF;END PROCESS;-四進制計數(shù)移動模塊RIGHTAPROCESS (key2filt)BEGINIF (key2f

16、ilt=1) THEN -按鍵RIGHTA經(jīng)消抖處理后IF num_1 = 3 THEN num_1 = 0;ELSEnum_1 = num_1 + 1;END IF;END IF;END PROCESS;-十進制計數(shù)模塊NUMA,RIGHT_,LIFT_PROCESS(CLK) BEGIN IF rISing_edge(CLK) THEN IF count_key=249 THEN count_key=0; clk100khz=1; ELSE count_key=count_key+1; clk100khz=0; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS (clk

17、100khz,key1filt,key2filt)BEGINIF CLKevent and CLK = 1 THENIF key2filt=1THEN-復(fù)位與移位復(fù)位num = 0 after 50ns;ELSE IF (key1filt = 1) THEN -按鍵NUMA 經(jīng)消抖處理后IF num = 9 THEN num = 0;ELSEnum a b c d NULL; END CASE;END PROCESS;- -按鍵選定頻率模塊PROCESS(key3filt) BEGINIF key3filt=1THEN cnt = 50000000/(a*1000+1)+(b*100+1)+(

18、c*10+1)+(d*1+1)*256*64); -實現(xiàn)頻率可調(diào)END IF;END PROCESS;- -數(shù)碼管動態(tài)掃描頻率及顯示模塊PROCESS(CLK) BEGIN IF rISing_edge(CLK) THEN IF count1=24999 THEN count1=0; clk1hz=1; ELSE count1=count1+1; clk1hz=0; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(clk1hz) BEGIN IF rISing_edge(clk1hz) THEN IF cout2=1000 THEN cout2=0000; ELSE

19、cout2=cout2+1; END IF; END IF; END PROCESS; PROCESS(clk1hz) BEGIN IF cout2=0000 THEN DEN SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG NULL; END CASE; END IF; IF num_1=0 and cout2=0001 THEN SMG=01111111; DEN=0111;END IF; IF cout2=0010 THEN DEN SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG NULL; END CASE; END IF

20、; IF num_1=1 and cout2=0011 THEN SMG=01111111; DEN=1011; END IF; IF cout2=0100 THEN DEN SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG NULL;END CASE;END IF;IF num_1=2 and cout2=0101 THENSMG=01111111;DEN=1101;END IF;IF cout2=0110 THEN DEN SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG SMG NULL; END CASE; END IF; IF num_1=3 and cout2=0111 THEN DEN=1110; SMG=01111111;END IF;END PROCESS;-END syn;管腳圖：七、實驗結(jié)果在不斷調(diào)試并改正錯誤之后得到能正確運行的程序原本計劃是以計算的固定數(shù)值進行反饋調(diào)頻，如a*2+b*15+c*139+d*381。但這樣產(chǎn)生的誤差在不斷調(diào)頻中發(fā)現(xiàn)誤