大学课程设计资料-基于FPGA的函数信号发生器的设计报告.doc

基于FPGA的函数信号发生器的设计报告 课题要求 技术要求（EDA技术，VHDL语言，层次化设计） （1）EDA发展概况 电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。 中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。日本、韩国都有ASIC设计工具，但不对外开放 。中国华大集成电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30%。EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。EDA水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平很有限，需迎头赶上 第一层次是行为描述。所谓行为描述，实质上就是对整个系统的数学模型的描述。一般来说，对系统进行行为描述的目的是试图在系统设计的初始阶段，通过对系统行为描述的仿真来发现设计中存在的问题。在行为描述阶段，并不真正考虑其实际的操作和算法用何种方法来实现，而是考虑系统的结构及其工作的过程是否能到达系统设计的要求。 第二层次是RTL方式描述。这一层次称为寄存器传输描述（又称数据流描述）。如前所述，用行为方式描述的系统结构的程序，其抽象程度高，是很难直接映射到具体逻辑元件结构的。要想得到硬件的具体实现，必须将行为方式描述的VHDL语言程序改写为RTL方式描述的VHDL语言程序。也就是说，系统采用RTL方式描述，才能导出系统的逻辑表达式，才能进行逻辑综合。 第三层次是逻辑综合。即利用逻辑综合工具，将RTL方式描述的程序转换成用基本逻辑元件表示的文件（门级网络表）。此时，如果需要，可将逻辑综合的结果以逻辑原理图的方式输出。此后可对综合的结果在门电路级上进行仿真，并检查其时序关系。 应用逻辑综合工具产生的门网络表，将其转换成PLD的编程码，即可利用PLD实现硬件电路的设计。 由自上而下的设计过程可知，从总体行为设计开始到最终的逻辑综合，每一步都要进行仿真检查，这样有利于尽早发现设计中存在的问题，从而可以大大缩短系统的设计周期。 2、功能要求 （1）可以显示正弦波、方波、三角波。 （2）可以调幅。 （3）可以调频。 3、本人的工作 我主要负责软件的设计，不过一些子程序我是参考资料的，并不是都是我自己设计的。 设计方案 1、以下为软件内部结构简图： 用256进制计数器将50MHz的晶振进行分频通过8选1数据选择器进行频率选择从而实现频率调节。通过波形产生模块产生各个波形，再通过8选1数据选择器选择输出的波形。 函数信号发生器的整个结构框图及工作原理 通过选择信号，选择要输出的波形输出，再经过D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，再用运算放大器将电流信号转换成电压信号输出。 单元电路设计仿真结果与分析 1、内部框图 2、频率选择模块 256进制计数器 （1）程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity cout256 is port(clk:in std_logic; q7,q6,q5,q4,q3,q2,q1,q0:out std_logic); end cout256; architecture one of cout256 is signal qi:std_logic_vector(7 downto 0); begin process(clk) begin if clkevent and clk=1 then