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文檔簡介
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)設計 實驗項目: vhdl設計一信號發(fā)生器 試驗時間: 2014年5月24日 指導老師: 一、實驗目的:熟悉eda工具,掌握用vhdl語言進行數(shù)字系統(tǒng)設計的基本方法和流程,提高工程實踐能力 二、設計任務設計信號發(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)所要求功能和技術指標,撰寫實驗報告,最后提交驗收并答辯。題目一:設計正弦波發(fā)生器題目二:設計鋸齒波發(fā)生器題目三:設計三角波發(fā)生器三、功能要求與技術指標基本功能: (1
2、)模擬輸出:由于fpga上無d/a轉換模塊,因此設計中必須包含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。濾波電路需自行設計。(2)可以通過按鍵設定波形的頻率,頻率可以顯示在數(shù)碼管上。(3)按鈕開關輸入須消抖處理。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:設計原理、系統(tǒng)分析、程序設計、仿真/實驗結果(例如波形圖和實驗板運行時的照片)、結論或分析、使用說明 等,在最后附上主要源程序。3、程序代碼結構清晰,可讀性強,關鍵語句應注釋。四、設計原理:原理圖:原
3、理圖(ps: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,另設一輸出接至led2,無法
4、測量波形的情況下,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、鍵盤設移位復位鍵,數(shù)碼管計數(shù)鍵與頻率傳送鍵。同時設立消抖計數(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。按下移位復位鍵,數(shù)碼管位選下一位,同時示數(shù)復位清零,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。設定的計數(shù)值由四位數(shù)碼管動態(tài)顯示,并且被設定的位選數(shù)碼管
5、.點亮,表明該數(shù)碼管被選中。同時通電后,需利用移位復位功能將數(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果進行分頻。按鍵消抖:按鍵按下是會產(chǎn)生不穩(wěn)定,設定何時的計數(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。 按鍵設定:按鍵計數(shù),按下后數(shù)碼管進行計數(shù)。移位復位,按下后數(shù)碼管位選再移位與復位下一位數(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
6、 。2、說明:數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定,使用前先用移位復位鍵將示數(shù)清零。測六、程序設計: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;-復位輸入鍵numa:in std_logic;-按鍵計數(shù)輸入鍵pwm:out std_log
7、ic;pwm_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)sig
8、nal num_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 : s
9、td_logic;-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
10、_按鍵輸入有效時間進行計數(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&
11、#39;else count<=count+1; 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 cout1<=cout1+1; end if; end if; end process;process(
12、tmp) -正弦波數(shù)據(jù)采樣存儲 begin case conv_integer(tmp) is when 00=>com<=255; when 01=>com<=254; when 02=>com<=252; when 03=>com<=249; when 04=>com<=245; when 05=>com<=239; when 06=>com<=233; when 07=>com<=225; when 08=>com<=217; when 09=>com<=207; wh
13、en 10=>com<=197; when 11=>com<=186; when 12=>com<=174; when 13=>com<=162; when 14=>com<=150; when 15=>com<=137; when 16=>com<=124; when 17=>com<=112; when 18=>com<=99; when 19=>com<=87; when 20=>com<=75; when 21=>com<=64; when 2
14、2=>com<=53; when 23=>com<=43; when 24=>com<=34; when 25=>com<=26; when 26=>com<=19; when 27=>com<=13; when 28=>com<=8; when 29=>com<=4; when 30=>com<=1; when 31=>com<=0; when 63=>com<=255; when 62=>com<=254; when 61=>com<=
15、252; when 60=>com<=249; when 59=>com<=245; when 58=>com<=239; when 57=>com<=233; when 56=>com<=225; when 55=>com<=217; when 54=>com<=207; when 53=>com<=197; when 52=>com<=186; when 51=>com<=174; when 50=>com<=162; when 49=>com<=
16、150; when 48=>com<=137; when 47=>com<=124; when 46=>com<=112; when 45=>com<= 99; when 44=>com<=87; when 43=>com<=75; when 42=>com<=64; when 41=>com<= 53; when 40=>com<=43; when 39=>com<=34; when 38=>com<=26; when 37=>com<= 19; w
17、hen 36=>com<=13; when 35=>com<=8; when 34=>com<=4; when 33=>com<= 1; when 32=>com<=0;when others=>null; 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 pw
18、m <='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 constant n :integer := 5000000;-消抖時間,對于50mhz的基準時鐘,這相當于0.1sbegin if clk'event 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nkey1
19、cnt <= 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 if;end if;end process;process (righta)-righta按鍵消抖 constant n :integer := 5000000;begin if clk'event and clk = '1
20、' 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 (cntfilt)-cntfilt按鍵消抖 constant n :integer := 5000000;begin if clk
21、9;event 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 (key2fil
22、t='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<=&
23、#39;0' end if; end if;end process;process (clk100khz,key1filt,key2filt)beginif clk'event and clk = '1' thenif key2filt='1'then-復位與移位復位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 <= num + 1;end if;end if;end
24、 if;end if;end process;- -輸入寄存模塊process(num,num_1) begincase num_1 iswhen 0 => a <= num; when 1 => b <= num; when 2 => c <= num; when 3 => d <= num; when others =>null; end case;end process;- -按鍵選定頻率模塊process(key3filt) beginif key3filt='1'then cnt <= 50000000/(a
25、*1000+1)+(b*100+1)+(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_
26、edge(clk1hz) then if cout2="1000" then cout2<="0000" else cout2<=cout2+1; end if; end if; end process; process(clk1hz) begin if cout2="0000" then den<="0111"case a iswhen 0 => smg <= "11000000" - 0when 1 => smg <= "11111001&
27、quot; - 1when 2 => smg <= "10100100" - 2when 3 => smg <= "10110000" - 3when 4 => smg <= "10011001" - 4when 5 => smg <= "10010010" - 5 when 6 => smg <= "10000010" - 6when 7 => smg <= "11111000" - 7when 8 =
28、> smg <= "10000000" - 8when 9 => smg <= "10010000" - 9when others =>null; end case; end if; if num_1=0 and cout2="0001" then smg<="01111111" den<="0111"end if; if cout2="0010" then den<="1011"case b iswhen
29、0 => smg <= "11000000" - 0when 1 => smg <= "11111001" - 1when 2 => smg <= "10100100" - 2when 3 => smg <= "10110000" - 3when 4 => smg <= "10011001" - 4when 5 => smg <= "10010010" - 5 when 6 => smg <=
30、 "10000010" - 6when 7 => smg <= "11111000" - 7when 8 => smg <= "10000000" - 8when 9 => smg <= "10010000" - 9when others =>null; end case; end if; if num_1=1 and cout2="0011" then smg<="01111111" den<="1011&qu
31、ot; end if; if cout2="0100" then den<="1101"case c iswhen 0 => smg <= "11000000" - 0when 1 => smg <= "11111001" - 1when 2 => smg <= "10100100" - 2when 3 => smg <= "10110000" - 3when 4 => smg <= "1001100
32、1" - 4when 5 => smg <= "10010010" - 5when 6 => smg <= "10000010" - 6when 7 => smg <= "11111000" - 7when 8 => smg <= "10000000" - 8when 9 => smg <= "10010000" - 9when others =>null;end case;end if;if num_1=2 and c
33、out2="0101" thensmg<="01111111"den<="1101"end if;if cout2="0110" then den<="1110"case d iswhen 0 => smg <= "11000000" - 0when 1 => smg <= "11111001" - 1when 2 => smg <= "10100100" - 2when 3 => smg <= "10110000" - 3when 4 => smg <= "10011001" - 4when 5 => smg <= "10010010" - 5when 6 =>
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