毕业论文-基于verilog的dds设计与显示说明书.doc

PAGE 硬件描述语言课程设计 题 目： 基于Verilog的DDS设计与显示 学 院： 自动化工程学院 专 业： 信号与信息处理 年 级： 2012级 姓 名： 黄山 2013年 1 月 19 日 1.设计要求 设计一个DDS信号发生器，能够产生三角波，要求频率、相位可调。实现VGA显示波形和参数。要求用DE2-70开发板完成。 设计要求： 一、DDS信号发生器设计要求： (1) 频率两档可调； (2) 峰峰值两档可调； 二、VGA波形和字符显示设计要求： (1) 用红色显示2个周期波形； (2) 在屏幕下方显示字符库。 2.设计原理及分析 一）DDS原理（以正弦信号为例） 对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１） 其中，SOUT 是指该信号发生器的输出信号波形，fOUT 指输出信号对应的频率。上式的表述对于时间t是连续的，为了用数字逻辑实现该表达式，必须进行离散化处理，用基准时钟clk进行抽样，令正弦信号的相位θ为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２） 在一个clk周期Tclk，相位的变化量为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３） 为了对进行数字量化，把2π切割为2N由此，每份clk周期的相位增量用量化值 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）　　　　　　　　　　　　　　　 且为整数。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５） 显然，信号发生器的输出可描述为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６） 其中θK-1指前一个clk周期的相位值，同样得出 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７） 由上面的推导可以看出，只要对相位的量化值进行简单的累加运算，就可以得到正弦信号的当前相位值，为用于累加的相位增量量化值决定了信号的输出频率fOUT，并呈现简单的线性关系。 直接数字合成器DDS就是根据上述原理而设计的数控频率合成器，主要由相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表、和DAC构成。如图1中相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表是DDS结构中的数字部分，由于具有数控频率合成的功能，可称为NOC(Numerically Controlled Oscillators)。 图1 DDS信号发生器结构 二）VGA显示原理 常见的计算机显示器有CRT（ Cathode Ray Tube ，阴极射线管）显示器和液晶显示器，本次设计针对CRT显示。CRT中的阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上，产生RGB三基色，合成一个彩色像素。用逐行扫描的方式显示图像。扫描从屏幕左上方开始，从左到右，从上到下，进行扫描。每扫完一行，电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，预备下一场的扫描。 场逆程扫描轨迹 场逆程扫描轨迹 正程轨迹图 正程轨迹图 图2 扫描轨迹 其中蓝色 – 行正程，红色 – 行逆程；正程显示（实线），逆程消隐（虚线） 1.VGA显示标准 VGA标准共有5个信号：R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）、HS（行同步）、VS（场同步） 支持640*480分辨率 图3 VGA显示标准（行） 表1 行扫描时序 行扫描时序（单位：像素，即输出一个像素的时间） Ta Tb Tc Td Te Tf Tg 时间 96 40 8 640 8 8 800 图4 VGA显示标准（场） 表2 场扫描时序 场扫描时序（单位：行，即输出一行的时间） ? Ta Tb Tc Td Te Tf Tg 时间 2 25 8 480 8 2 525 VGA显示标准 时钟频率：25.175MHz（输出像素的频率） 行频：31469Hz 场频：59.94Hz （每秒图像刷新频率, 约60Hz） 2.时序处理 分别将场同步信号和行同步信号做时间近似处理 表3 对行同步做近似处理 行扫描时序（单位：us） ? Ta Tb Tc Td Te Tf Tg 时间 3.8 1.6 0.3 25.4 0.3 0.3 前项之和 ? 5.7us 26us ? 表4 对场同步做近似处理 场扫描时序（单位：行） ? Ta Tb Tc Td Te Tf Tg 时间 2 25 8 480 8 2 525 作近似处理 2 忽略 480 忽略 482 这样，便可通过计数分频得