【正文】 步更新 LCD 上的顯示內(nèi)容。LCD 上顯示波形發(fā)生模式使用了 4 個 ASCII 代碼，那么就需要向 RAM 中寫 4 次數(shù)據(jù)，每一次需要兩個時鐘，一共需要 8 個時鐘（counter 是計數(shù)器） 。（3）10：編程模式的基體狀態(tài)。此時若按下 cursor 鍵，則 LCD 顯示的光標將會向右移 1 位。若按下 up 或 down 按鍵，狀態(tài)將跳到 11。若按下 OK 鍵，則狀態(tài)將跳回 00，同時關(guān)閉光標（cursor_en=0） 。（4）11：修改光標處的數(shù)據(jù)，up 為加，down 為減。首先要將光標處的數(shù)據(jù)從 RAM 中讀出，這大約需要 3 個時鐘。然后修改數(shù)據(jù)需要一個時鐘。最后將數(shù)據(jù)寫回 RAM 需要 2 個時鐘。re 為從 RAM 中讀數(shù)據(jù)的使能。當 re 為 1 時才能從 RAM 中讀出數(shù)據(jù)。 LCD 顯示模塊LCD 顯示模塊共包括了三個部分：數(shù)據(jù)準備、寫數(shù)據(jù)和光標閃爍控制。（1）數(shù)據(jù)準備部分將要寫到 LCD 中的數(shù)據(jù)準備好。該數(shù)據(jù)分為兩類，一類是用于 LCD 顯示控制的指令，如表 42 所示；另一類是要在 LCD 上顯示的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)來處于 RAM。表 42 模塊中用到的 LCD 控制命令195。252。193。238。163。168。202。174。193。249。189。248。214。198。163。169。 195。252。193。238。185。166。196。220。38 201。232。214。195。189。211。191。218。206。170。8206。187。202。253。190。221。163。172。214。193。189。208。207。212。202。190。0c 191。170。198。244。LCD207。212。202。190。01 199。229。193。06 185。216。177。213。LCD196。218。178。191。185。226。177。234。80 201。232。182。168。LCD196。218。178。191。DRAM181。196。216。214。206。170。181。218。210。187。208。191。170。202。188。c0 201。232。182。168。LCD196。218。178。191。DRA181。196。216。214。206。170。181。218。182。254。208。191。170。202。001010110 10110/dat=839。h38/dat=839。h0c/dat=839。h01/dat=839。h06 /dat=839。h0!rest!rest!rest !rest !rest!rest!restadr=15/adr+1,dat=ram[dr]/dat=339。hc0/adr+1,dat=ram[dr]adr=31/adr=0圖 412 LCD 數(shù)據(jù)準備狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖該部分一共有 8 個狀態(tài)，如圖 412 所示。從 000 到 011 這四個狀態(tài)用于LCD 初始化。在系統(tǒng)復(fù)位后完成后首先依次進入這四個狀態(tài)，且只進入一次。在 LCD 初始化完成后，系統(tǒng)會在 100 到 111 這四個狀態(tài)之間不斷的循環(huán)。狀態(tài)100 將 LCD 第一行的首地址寫入，此后每寫一個數(shù)據(jù)地址加 1。狀態(tài) 101 要執(zhí)行 16 次，分別把 RAM 中的第 1 到第 16 個數(shù)據(jù)分別寫入，addr 既是從 RAM 中讀數(shù)據(jù)的地址，也是向 LCD 中寫數(shù)據(jù)的地址。狀態(tài) 110 將 LCD 第二行的首地址寫入。狀態(tài) 111 也執(zhí)行 16 次，分別把 RAM 中的從第 17 到第 32 個數(shù)據(jù)分別寫入。當系統(tǒng)跳出狀態(tài) 111 后就完成了一次 LCD 顯示，這時系統(tǒng)又回來 100 狀態(tài)進行下一次顯示。（2）寫數(shù)據(jù)部分將已準備好數(shù)據(jù)寫入到 LCD，如圖 413 所示。狀態(tài) 00 將數(shù)據(jù)送到 LCD 端口，并且將控制信號 E 拉高。狀態(tài) 01 用于延時，延時間不小于 230ns。狀態(tài) 10 將控制信號 E 拉低，將數(shù)據(jù)寫入到 LCD 內(nèi)部的 DDRAM 中。狀態(tài) 11 用于延時，延時時間約為 。01 100 1/E=1,LCD=dat /E=0!rest !rest圖 413 LCD 寫數(shù)據(jù)部分狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（3）光標閃爍控制。光標閃爍是用一個下劃線字符和光標處原字符交替顯示來實現(xiàn)的。這里需要一個定時器，定時器周期為 。在前 顯示原數(shù)據(jù)，在后 顯示下劃線。通過 LCD 可以看到光標閃爍的效果。 RAM 模塊該模塊包括了 RAM 部分和協(xié)調(diào)各模塊間地址和數(shù)據(jù)信號部分。以下為協(xié)調(diào)各模塊間的地址和數(shù)據(jù)信號部分的代碼：always @(posedge clk,negedge rest)beginif(!rest)beginLCD_en = 0。 //關(guān)閉 LCD 顯示endelsebeginif(!EN) //EN 為全局使能信號beginif(init_we) //初始化模塊寫數(shù)據(jù)信號dataram[init_addr] = init_data。endelsebeginif(key_we) //按鍵模塊寫數(shù)據(jù)信號dataram[key_addrout] = key_dataout。if(key_re) //按鍵模塊讀數(shù)據(jù)信號beginkey_datain = dataram[key_addrin]。LCD_en = 0。 endelse if(pro_re) //按鍵模塊讀數(shù)據(jù)信號beginpro_data = dataram[pro_addr]。LCD_en = 0。endelse //LCD 模塊讀數(shù)據(jù)beginLCD_en = 1。 LCD_dat = dataram[LCD_addr]。endendendend圖 414 和圖 415 分別為模塊的寫操作和讀操作的 modelsim 仿真結(jié)果。圖 414 RAM 的寫操作仿真結(jié)果圖 415 RAM 的讀操作仿真結(jié)果 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊在 RAM 中存放的數(shù)據(jù)包括了頻率值（或載波頻率）和相位值（或調(diào)制信號頻率） 。它們都是以十進制的形式存儲的，而且存的都對應(yīng)十進制數(shù)據(jù)的ASCII 代碼。各個十進制數(shù)據(jù)的存放地址如圖 416 所示。其中從地址 2 到 10存放的是頻率值，從地址 18 到 22 中存放的是相位值。24568910182022圖 416 RAM 中的數(shù)據(jù)存放地址在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時首先需要要將數(shù)據(jù)從 RAM 中逐個地讀出，然后再逐個地對數(shù)據(jù)進行處理。如圖 417 所示為相位值轉(zhuǎn)換的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。其中，addr 從 RAM 中讀數(shù)據(jù)的地址，P 用于存儲相位值。狀態(tài) 0 首先將P 置 0，并且將第一個地址 18 送出。由于從 RAM 中讀數(shù)據(jù)需要延時 1 個鐘，所以 RAM 中地址 18 中的的數(shù)據(jù)會在狀態(tài) 1 中到達。狀態(tài) 1 將 RAM 送來的數(shù)據(jù)送入 P 存儲，并且將下一個地址 20 送出。在狀態(tài) 2 中先將 P 乘以 10 再加上RAM 送來的數(shù)據(jù)并再次存入 P，同時送出下一個地址 21。依次類推最終完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。013 42/adr=18,P=0/adr=20,P=rm[18]48/adr=21,P=*0+ram[20]48/adr=2,P=*10+ram[21]485/P=*10+ram[2]48圖 417 相位值的轉(zhuǎn)換方式圖 418 所示為模塊的 modelsim 仿真結(jié)果。圖 418 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的仿真結(jié)果5 系統(tǒng)測試Quartus II 軟件具有 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀，它提供了一種對器件進行實時測試的手段。SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀可以隨設(shè)計文件一起下載到目標芯片中，用以捕捉目標芯片中設(shè)計者感興趣的信號節(jié)點處的信息，而不影響芯片的正常工作。SignalTap II 將測得的樣本信號暫存于目標器件的片內(nèi)RAM（如 ESB、M4K）中，然后通過器件的 JTAG 端口和 ByteBlaster II 編程線將采得的信息付出，送入計算機進行分析。以下的波形測試工具均為 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀。 控制及顯示部分測試開機后系統(tǒng)先要進行初始化。系統(tǒng)默認的輸出信號為正弦波，信號頻率為1kHz，相位偏移為 0 度。如圖 51 所示為初始化完成后 LCD 的顯示結(jié)果。 圖 51 初始化后 LCD 顯示效果通過按鍵操作可以對 LCD 顯示的內(nèi)容進行修改，同時波形發(fā)生器的各種參數(shù)也會被相應(yīng)的修改。例如將輸出信號改為 AM 信號，載波信號頻率為10kHz，調(diào)制信號頻率為 1kHz。LCD 顯示結(jié)果如圖 52 所示。 圖 52 LCD 顯示效果 輸出頻率測試波形發(fā)生器的時鐘為 50MHz，相位累加器為 32 位。根據(jù)公式 22 可知波形發(fā)生器的頻率分辨率約為 。波形發(fā)生器所能產(chǎn)生的最高頻率為時鐘信號的 40%，即為 20M。也就是說波形發(fā)生器的輸出頻率范圍理論上為 到 20MHz。由于該系統(tǒng)在設(shè)計時采用了 7 位十進制數(shù)據(jù)來顯示頻率值，顯示的數(shù)據(jù)最多只能達到 。所以該信號發(fā)生器的最終信號輸出范圍為 1Hz 到。同時由于 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀的 RAM 容最多只能達到 32K，也就是只能記錄 32K 的數(shù)據(jù)。當采樣信號采用系統(tǒng)時鐘 50MHz 時，分析儀只能觀察到 1KHz 以上的信號（指能觀察到一個完整的周期） 。因此在測試時只選取1KHz 以上的信號做測試。分別設(shè)定了幾個不同的頻率點，并利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀進行測量，測量結(jié)果如表 51 所示。表 51 設(shè)定頻率與測量頻率的對照 信號發(fā)生測試 正弦波、方波、三角波、鋸齒波測試當輸出頻率 10kHz 時，利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀得到的波形如圖 53 到圖 56 所示。圖 53 正弦波圖 54 方波201。232。182。168。202。228。179。246。208。197。186。198。181。194。202。178。226。193。191。202。228。179。246。208。197。186。214。220。198。218。178。226。193。191。202。228。179。246。208。197。186。198。181。194。202。198。181。194。202。178。 10kHz 10us 10kHz 1us 1MHz 20ns 5Hz 0Hz圖 55 三角波圖 56 鋸齒波 PWM 信號測試載波信號頻率 90kHz，占空比 80%。利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀得到的波形為圖 57 所示。圖 57 PWM 信號 SPWM 信號測試載波信號頻率 90kHz，調(diào)制信號頻率 3kHz。利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀得到的波形為圖 58 所示。圖 58 SPWM 信號 AM 信號測試載波信號頻率 90kHz，調(diào)制信號頻率 3kHz。利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀得到的波形為圖 59 所示。圖 59 AM 信號 FM 信號測試載波信號頻率 20kHz，調(diào)制信號頻率 3kHz。利用 SignalTap II 嵌入式邏輯分析儀得到的波形為圖 510 所示。圖 510 FM 信號本章完成了對多功能信號發(fā)生器的測試。包括對人機界面的測試和多種信號的發(fā)生的測試。從測試結(jié)果來看，該多功能信號發(fā)生器完全符合設(shè)計要求。人機界面友好，可以通過按鍵對信號的各種參數(shù)進行修改，并能通過液晶顯示器實時地顯示。輸出信號的頻率范圍寬、精度高。能輸出 8 種不同的信號，而且每一種信號都符合設(shè)計要求。結(jié) 論本文從直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)入手，詳細分析了其背景和發(fā)展現(xiàn)狀，并說明了研究多功能信號發(fā)生器的現(xiàn)實意義。第二章對接數(shù)字頻率合成技術(shù)的原理做了十分詳盡的介紹，并針對 DDS 技術(shù)的各種優(yōu)點和缺點做了分析。以 DDS 為基礎(chǔ)，文中還結(jié)合到各種不同信號的特點，詳細地分析了多種信號發(fā)生原理，并提出了基于 FPGA 的實現(xiàn)方案。第三章從系統(tǒng)的角度分析了實用多功能信號發(fā)生器的實現(xiàn)方案。將整個系統(tǒng)分為了七個模塊，各模塊完成各自的不同的功能，間既相互獨立又緊密聯(lián)系。將系統(tǒng)分解開來，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、方便實現(xiàn)；并針對各個模塊的不同功能，做了十分詳細的闡述說明。同時還介紹了系統(tǒng)設(shè)計所要使用到的硬件平臺、器件和軟件工具、硬件描述語言。第四章詳給出多功能信號發(fā)生器部分模塊的 Verilog HDL 語言實現(xiàn)代碼，還有其通過 Modelsim 仿真軟件的仿真人結(jié)果。由于有一部分模塊的代碼量太大，所有的代碼沒有在文中給出，但是文中對其最終代碼實現(xiàn)方案做了十分詳細的說明，并給出了 Vreilog HDL 語言的代碼結(jié)構(gòu)以及其中用到的狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等。第五章對多功能信號發(fā)生器進行了整體測試。測試內(nèi)容包括人機界面、信號發(fā)生器的輸出頻率和各種輸出波形等。綜上所述，本文完整地介紹了實用多功能信號發(fā)生器從設(shè)計、實現(xiàn)、調(diào)試到最后的測試的過程，并且很好地實現(xiàn)了信號發(fā)生器的實用和多功能的特點。該信號發(fā)生器的特點包括：（1）能通過 LCD 實時顯示信號發(fā)生器輸出信號的種類、頻率等信息；（2）能通過按鍵對輸出信號的各類以及各種參數(shù)進行修改設(shè)置；（3）輸出信號頻率范圍為 1Hz 到 ；能輸出 8 種不同的信號（正弦波、方波、三角波、鋸齒波、PWM、SPWM、AM、FM） ；（4）能對基本信號（正統(tǒng)波、方波、三角波、鋸齒波）的進行相位偏移控制；（5）能對 PWM 信號的占空比進行修改設(shè)定；（6）能對復(fù)雜信號（SPWM、AM、FM ）的調(diào)制信號的頻率進行修改設(shè)定。但是，由于在最初設(shè)計時考慮不夠全面，使得最后的信號發(fā)生器存在一些不足的地方。例如沒有對信號發(fā)生器的輸出波形進行濾波，缺少輸出信號的幅度控制，文中提到的對基本信號的相位控制的實用性不強