【正文】 167。 每 一 個 調(diào) 制信號 系 統(tǒng) 時 鐘 zclk調(diào) 制 波 相位累加 器累加 一 次,r om2輸 出數(shù) 據(jù) 與調(diào) 制指數(shù)控制字A m[9 .. 0]相乘,輸出 數(shù)據(jù)d m[17 ...0],取 高1 0bit與 載波幅度 控制 字Ac[9 ...0]在 add3中 相 加,a dd3輸 出一個1 0bit數(shù) 的結(jié) 果,mul t2為8 bit10bit的 乘 法 器,其 作 用 是 把a dd3輸 出 結(jié) 果 與r om1輸 出 數(shù) 據(jù) 相 乘得 到 已 調(diào) 制 信 號 的 離 散 序列,再 經(jīng) 過dat a_conversion模 塊 轉(zhuǎn) 換 成 DAC器 件的 數(shù)據(jù) 格 式 輸 出, 完 成 整 個 調(diào) 制過程 。 FPGA 軟件設(shè)計思想167。n 為相位累加器 R O M 查找表 D / A 轉(zhuǎn)換 L P F 低通濾波器時鐘信號 F c l k頻率控制字 K輸出 F圖31 DDS的基本結(jié)構(gòu)圖DDS 的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由相位累加器、波形ROM、DAC 以及低通濾波器等組成。 軟件設(shè)計原理總圖以下圖 42 是 FPGA 部分軟件總原理框圖LocationPIN_222OptionValueVCCrsr INPUTLocationPIN_29OptionValueVCCm12 INPUTLocationPIN_21LocationPIN_41LocationPIN_128LocationPIN_132LocationPIN_133LocationPIN_134LocationPIN_135LocationPIN_136OptionValuedout[7..0]OUTPUTrstdin[7..0]r_readybo1[1..0]px3[8..0]pd1[2..0]fd2[6..0]changeinstrstn[8..0]clkdout[11..0]dizhiinst1address[11..0]clock q[7..0]fangboinst2clkn[2..0] dclkpinxuaninst5clkrx sig1q[7..0]rxd3inst6address[11..0]clock q[7..0]sanjiaoinst7sanjiao[7..0]zhengxuan[7..0]fabo[7..0]n[1..0]dout[7..0]xuan3_1inst8address[11..0]clock q[7..0]zhengxuaninst10GNDCycloneinclk0 frequency: MHzOperation Mode: NormalClk RatioPh (dg)DC (%)c0 12/25 inclk0 c0pll5_2inst3clk40 clk8fenpin160inst11din[7..0]clkfuzhi[6..0]dout[7..0]fuzhiinst13clk40 clk8fenpin3inst9L1[1..0]L2[11..0]L3[6..0]L1[1..0]L3[6..0]L2[11..0]圖 26 FPGA 設(shè)計原理框圖167。這就是整個 FPGA 部分的設(shè)計思想 [17]。所以它的輸出必須接有實現(xiàn)從電流到電壓的轉(zhuǎn)換的運放電路。電流輸出，建立時間 1uS，單電源+5V～+15VVref 輸入端電壓10V=Vref=+10，分辨率 8 位，功耗 20mW。分辨率為 8 位；單一電源供電（＋5V～＋15V） 。CS 輸入寄存器選擇信號，低電平有效。D0D7 數(shù)據(jù)輸入IOUT1,IOUT2 電流輸出線AGND 模擬信號地DGND 數(shù)字信號地RFB 反饋信號輸入操作原理內(nèi)部邏輯圖如圖 25 所示。設(shè)計中用到的 LM324 是一種比較常見的集成運算放大器，它的兩個輸入端分別為同向輸入端和反向輸入端，這里的同向與反向是指運放的輸入電壓與輸出電壓之間的相位關(guān)系，其內(nèi)部邏輯及外觀如圖 2－6 所示：1 234+ +++OUTPUT1INPUT11 2 3 4 5 6 789101121314INPUT1+ INPUT2INPUT2+INPUT3INPUT3+INPUT4INPUT4+OUTPUT2OUTPUT3OUTPUT4 GNDV+圖 24 LM324在設(shè)計中我們僅僅用到了 1 個運算放大器，從單片機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字信號通過D/A 轉(zhuǎn)換電路得到的模擬信號傳輸給 LM324，經(jīng)放大后從 1 口輸出。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。另一個則通過電阻直接與數(shù)碼管連接輸送顯示的數(shù)字，口控制 CLOCK 脈沖信號。尤其是在單片機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用。當(dāng)二極管導(dǎo)通時相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)光，這樣就能顯示各種字符，常用的七段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。點亮LED 顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。動態(tài)顯示器因其硬件成本較低，而得到廣泛的應(yīng)用。從 LED 顯示器的顯示原理可知，為了顯示字母數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)段選碼。 系統(tǒng)組成及實現(xiàn)功能167。（2）建立工作庫。（3）了解 simulink 庫管理器。以此類推，畫出 AM 調(diào)制原理圖（圖 22） 。在設(shè)計中采用DDS技術(shù)產(chǎn)生不同頻率的正弦波。相位累加器的輸入是相位增量B凹，只要對相位的量化值進(jìn)行簡單的累加運算，就可得到正弦信號的當(dāng)前值，而用于累加的相位增量量化值B腳決定信號的輸出頻率凡，并f呈線性關(guān)系B口=2 N 幅度調(diào)制信號的設(shè)計AM的調(diào)制原理是將要傳送的信息裝載到某一高頻(載波)信號上的過程，幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制載波的振幅，使其隨調(diào)制信號線型變化，而保持載波的頻率不變。根據(jù)DDS的基本原理，利用FPGA的DSP開發(fā)工具DSP Builder建立如圖2所示的幅度調(diào)制信號模塊模型，產(chǎn)生幅度調(diào)制信號。當(dāng)選擇不同值的時候輸出不同的參數(shù)調(diào)整調(diào)制信號區(qū)輸出正弦信號的幅度，使調(diào)制信號的輸出具有不同的幅度。圖23 幅度調(diào)制信號(AM)輸出波形算法仿真正確后，用singalCo唧iler工具將此模型轉(zhuǎn)換成vHDI。其功能仿真與時序仿真結(jié)果一致。MATLAB 是 矩 陣 實 驗 室 （ Matrix Laboratory） 的 簡 稱 ， 和Mathematica、 Maple 并 稱 為 三 大 數(shù) 學(xué) 軟 件 。 在 新 的 版 本 中 也 加 入 了 對 C， FORTRAN， C++ ， JAVA 的 支 持 。 1984 年 由Little、 Moler、 Steve Bangert 合 作 成 立 了 的 MathWorks 公 司 正 式 把MATLAB 推 向 市 場 。167。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M 文件）后再一起運行。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達(dá)式作圖。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（6）實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。工具箱是 MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 工 具 包 又 可 以分 為 功 能 性 工 具 包 和 學(xué) 科 工 具 包 。除內(nèi)部函數(shù)外，所有 MATLAB 主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。　 　 DSP Builder 在 算 法 友 好 的 開 發(fā) 環(huán) 境 中 幫 助 設(shè) 計 人 員 生 成 DSP 設(shè) 計 硬 件表 征 ， 從 而 縮 短 了 DSP 設(shè) 計 周 期 。 DSP Builder 包 括 比 特 和 周 期 精 度 的 Simulink 模 塊 ， 涵 蓋 了 算 法 和 存 儲 功能 等 基 本 操 作 。 MegaCore 功 能?！?　 Altera 還 提 供 DSP Builder 高 級 模 塊 集 ， 這 一 Simulink 庫 實 現(xiàn) 了 時 序驅(qū) 動 的 Simulink 綜 合 。 DSP Builder 支 持 系 統(tǒng) 、 算 法和 硬 件 設(shè) 計 共 享 一 個 公 共 開 發(fā) 平 臺 。 Matlab 中 的 DSP BuilderAltera 可 編 程 邏 輯 器 件 (PLD)中 的 DSP 系 統(tǒng) 設(shè) 計 需 要 高 級 算 法 和 HDL 開發(fā) 工 具 。 學(xué) 科 工 具 包 是 專 業(yè) 性 比 較 強(qiáng) 的工 具 包 ， 控 制 工 具 包 ， 信 號 處 理 工 具 包 ， 通 信 工 具 包 等 都 屬 于 此 類 。167。另外，MATLAB 網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。新版本的 MATLAB 對整個圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等） ，MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復(fù)數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。使之更利于非計算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進(jìn)行出錯原因分析。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：● 數(shù)值分析 ● 數(shù)值和符號計算 ● 工程與科學(xué)繪圖 ● 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 ● 數(shù)字圖像處理 ● 數(shù)字信號處理 ● 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 ● 財務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。 167。 MATLAB 可 以 進(jìn) 行 矩 陣 運 算 、 繪 制 函 數(shù) 和 數(shù) 據(jù) 、 實 現(xiàn)算 法 、 創(chuàng) 建 用 戶 界 面 、 連 接 其 他 編 程 語 言 的 程 序 等 ， 主 要 應(yīng) 用 于 工 程 計 算 、 控制 設(shè) 計 、 信 號 處 理 與 通 訊 、 圖 像 處 理 、 信 號 檢 測 、 金 融 建 模 設(shè) 計 與 分 析 等 領(lǐng)域 。167。經(jīng)過分析轉(zhuǎn)換后的VHDL程M0delSim完成的RTL級仿真只是功能仿真，其仿真序并將其轉(zhuǎn)換為ATOM list，最后編譯AToM list， 結(jié)果并不能精確反映電路的全部硬件特性，進(jìn)行門級的時序仿真仍然十分重要。在simulink中進(jìn)行的仿真是屬于系統(tǒng)驗證性質(zhì)的，是對rndl文件進(jìn)行仿真，并沒有對生成的VHDL代碼進(jìn)行仿真，生成VHDL描述的是RTL級的，是針對具體的硬件結(jié)構(gòu)的，需要對生成的VHDL代碼進(jìn)行功能仿真。圖22 幅度調(diào)制信號(AM)設(shè)計模型至此建模完成。(1+X正弦ROM查找表完成／二(島)的查找表轉(zhuǎn)換，也就是相位到幅度的轉(zhuǎn)換。DDS是以數(shù)控的方式產(chǎn)生頻率、相位和幅度可以控制的正弦波，如圖1所示為基本DDS結(jié)構(gòu)，由相伴位累加器、相位調(diào)制器、正弦ROM查找表、D／A構(gòu)成。 AM 調(diào)制器系統(tǒng)設(shè)計方案167。（4）simulink 的模型文件?？梢允褂?Windows 在外部建立，也可以使用 Matlab 命令來完成這些操作，例如在Matlab 主窗口中的命令窗口中輸入：cd e:/mkdir /myprj/sinwavecd /myprj/sinwave其中 e:/myprj/sinwave 是新建的文件夾，是用來為 Matlab 工作目錄的?？梢钥吹?，Matlab 的主窗口界面被分割成三個窗口：命令窗口、工作區(qū)、命令歷史記錄。其中的共陰極接法在設(shè)計中得以應(yīng)用，單片機(jī)信號通過移位寄存器 74HC164 輸出,8 位信號由三極管放大信號與數(shù)碼管的共陰極連接,控制數(shù)碼管的顯示。各段碼的對應(yīng)關(guān)系如下：表23 各段碼對應(yīng)關(guān)系段碼位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7顯示段 Dp C D E F A B G設(shè)計中用到的是動態(tài)顯示。所謂的動態(tài)就是一位一位地輪流點亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時間點亮一次，利用人的視覺留感達(dá)到顯示的目的。每段所需電流一般為5~15mA，實際電流視