基于EDA技術(shù)的正弦信號發(fā)生器設(shè)計

高 銳

長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130033

電子EDA技術(shù)的主要特點是使用硬件描述語言進行電子電路系統(tǒng)設(shè)計操作，具有較高的系統(tǒng)級仿真能力及綜合能力。使電子EDA技術(shù)得以實現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)是超大規(guī)模可編程邏輯器件，它的設(shè)計操作過程具有很大的靈活性和可移植性。進行EDA技術(shù)開發(fā)的QuartusII軟件是用于開發(fā)可編程邏輯器件的常用工具軟件，此軟件功能強大、操作方便，主要用于實現(xiàn)電路系統(tǒng)的設(shè)計輸入、電路綜合、電路布局布線、時序分析和仿真操作、系統(tǒng)配置操作、時序逼近、系統(tǒng)調(diào)試和項目管理等功能。本文中的正弦信號發(fā)生器電路就是基于QuartusII軟件平臺設(shè)計的。

1 設(shè)計方案

信號發(fā)生器是數(shù)字設(shè)備運行過程中不可缺少的一部分，以前的信號發(fā)生器，幾乎都使用的是分立元件，產(chǎn)品體積龐大且不方便攜帶。而現(xiàn)在專用的數(shù)字電路信號發(fā)生器，硬件成本高、操作復(fù)雜。由于上述原因，小型、成本低且易用的信號發(fā)生器比較實用。基于以上原因，選擇使用Quartus II軟件創(chuàng)建項目工程xhfs，使用自底向上的混合編輯方法并結(jié)合ROM宏功能模塊設(shè)計一個簡易正弦信號發(fā)生器。選擇Cyclone II系列的EP2C8Q208C8器件并進行引腳分配、項目編譯、仿真、生成目標(biāo)文件，使用EDA實驗箱對目標(biāo)器件進行編程與配置。

正弦信號發(fā)生器設(shè)計共由四部分組成，其系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示，包括ROM地址發(fā)生器（六位計數(shù)器）、正弦數(shù)據(jù)只讀存儲器ROM和一個八位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)前系統(tǒng)各部分工作所對應(yīng)的時鐘信號都是由系統(tǒng)時鐘信號經(jīng)過分頻得到的，電路系統(tǒng)時鐘輸入端就可以滿足輸入方波信號的要求。

ROM地址發(fā)生器正弦信號數(shù)據(jù)存儲器八位數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。

2 正弦信號發(fā)生器電路設(shè)計

1）在QuartusII軟件中使用向?qū)?chuàng)建項目工程xhfs

指定目標(biāo)器件為Cyclone II系列中的EP2C8Q208C8器件。

2）設(shè)計存儲器編輯文件sj.mif，用于存放正弦波形數(shù)據(jù)

選擇菜單“File”→“New”→“Other files”→“Memory Initialization File”，彈出 “設(shè)置ROM數(shù)據(jù)文件大小”對話框，在這里使用64點8位數(shù)據(jù)。輸入好數(shù)據(jù)后，單擊OK按鈕，在彈出的mif數(shù)據(jù)表格。將波形數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)表格中，表格中任意數(shù)據(jù)的存儲地址為左列數(shù)和頂行數(shù)之和，保存并命名當(dāng)前文件為“sj.mif”。

3）使用Mega Wizard Plug-In Manager定制正弦信號數(shù)據(jù)ROM宏功能模塊

（1）選擇菜單“Tools”→“Mega Wizard Plug-In Mange”，在彈出的“創(chuàng)建宏功能模塊”對話框中選擇“Create a new custom megafunction variation”選項，即新建一個宏功能模塊；（2）單擊Next按鈕，在彈出的“選擇ROM宏功能模塊”對話框中選擇“ROM-1PORT”宏功能模塊、“Cyclone II”器件，輸入文件路徑和文件名dj.vhd；（3）單擊Next按鈕，彈出“設(shè)置ROM地址位寬和數(shù)據(jù)線寬”對話框。在數(shù)據(jù)位寬選項中選擇“8”、在數(shù)據(jù)數(shù)選項中選擇“64”、在時鐘類型選項中選擇“Auto”、在時鐘控制信號選項中選擇“Single clock”；（4）單擊Next按鈕，在彈出的“選擇數(shù)據(jù)文件”對話框中選擇“Yes,use this file for the memory content data”選項，接著單擊Browse按鈕并從彈出的對話框中選擇“sj.mif”文件。選中下方的復(fù)選框，即允許通過JTAG口對下載于FPGA中的當(dāng)前ROM進行測試和讀寫；（5）單擊Next按鈕，在彈出的“仿真庫信息”對話框中可以觀察到仿真庫的相應(yīng)信息；（6）單擊Next按鈕，在彈出的“ROM簡要信息”對話框中選擇生成的類型文件（包括電路符號文件.bsf）。單擊Finish按鈕，完成當(dāng)前ROM的創(chuàng)建操作。

4）在當(dāng)前項目工程中創(chuàng)建ROM地址發(fā)生器文件xhfsq.vhd并生成電路符號xhfsq.bsf。

5）創(chuàng)建頂層設(shè)計文件xhfs.bdf。

將電路符號xhfsq.bsf放置在當(dāng)前原理圖文件中，連接并命名好輸入/輸出引腳。將其保存在當(dāng)前項目工程中，指定其為頂層文件。選擇菜單“Processing”→“Start”→“Start Analysis & elaboration”，分析當(dāng)前項目工程設(shè)計并檢查語法和語義錯誤。

6）頂層設(shè)計文件編譯

首先，選中菜單“Assignments”→“Device”，選中適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷黄浯危龠x中菜單“File”→“Project”→“Save&Check”，保存當(dāng)前文件并進行錯誤檢查 ；再次，選中菜單“File”→“Project”→“Save&Compile”，對當(dāng)前文件進行編譯，此時則生成相應(yīng)的燒寫文件（擴展名為.sof）。 最后，將當(dāng)前項目中所生的配置文件通過下載電纜下載到EDA實驗箱中，以驗證當(dāng)前項目的正確性。

[1]周潤景，圖雅，張麗敏.基于QuartusII的FPGA/CPLD數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：239.

[2]趙明富.EDA技術(shù)與實踐[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2005：269.