【正文】 integrated circuits,with a lot of circuit elements,plex wiring,high failure rate,and low topic has used scene programmable gate array FPGA and the VHDL language fully carried on the automobile taillight control system39。 此設(shè)計(jì)采用了兩種方法，一種是簡單的設(shè)計(jì)方法，任意信號發(fā)生器由兩大模塊組成，即函數(shù)發(fā)生電路和函數(shù)選擇電路。 用 Quartus II對 FPGA 芯片“下載”形成專用集成電路，由于不存在人工接線的問題，所以故障率低、可靠性好。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 設(shè)計(jì) (論文 )題目 ： 基于 FPGA 的 任意信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二級學(xué)院： 龍?bào)磳W(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： M07 電子信息工程 1 班 學(xué) 號： 提交日期： 2021 年 05 月 15 日 答辯日期： 2021 年 05 月 22 日 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 I 目 錄 摘 要 .......................................................... IV Abstract ....................................................... I 1 緒 論 ....................................................... 1 2 EDA、 VHDL 簡介 ............................................... 2 EDA 技術(shù) ................................................. 2 硬件描述語言 VHDL ........................................ 3 3 PLD、 Quartus II 簡介 .......................................... 6 可編程邏輯器件 PLD ....................................... 6 Quartus II 基本使用方法 .................................. 6 4 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................. 8 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型 ...................................... 8 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 ...................................... 8 5 任意信號發(fā)生器的簡單設(shè)計(jì)過程 ................................ 10 系統(tǒng)需求分析 ........................................... 10 任意信號發(fā)生器的工作原理 ................................ 10 各組成模塊及程序 ....................................... 10 6 直接數(shù)字頻率合成器 ......................................... 20 直接數(shù)字合成器簡介 ..................................... 20 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求 ............................................ 20 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ........................................... 20 主要設(shè)計(jì)模塊及程序 ...................................... 21 正弦信號的 VHDL 程序?qū)崿F(xiàn) ................................ 30 7 系統(tǒng) 仿真 ................................................... 33 任意信號發(fā)生器的簡單設(shè)計(jì)仿真 ............................ 33 直接數(shù)字頻率合成器仿真 ................................. 37 8 基于 FPGA 的硬件測試 ........................................ 38 KHF1 型 FPGA 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng) ............................... 38 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 II 硬件測試 ............................................... 38 結(jié)束語 ........................................................ 40 參考文獻(xiàn) ...................................................... 41 致謝 .......................................................... 42 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要 III 基于 FPGA 的 任意信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 摘 要 關(guān)于信號發(fā)生器， 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法多基于 模擬電路或單片機(jī)或?qū)Ｓ眯酒捎诔杀靖呋蚩刂品绞讲混`活或波形種類少不能滿 足實(shí)際需求。 本課題充分利用了現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA和 VHDL語言的結(jié)合進(jìn)行任意信號發(fā)生器 的設(shè)計(jì)，從而易于修改和改進(jìn)。系統(tǒng)按模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行編譯、時(shí)序仿真和硬件測試等。 本 論文 還 簡單 介紹基于 DDS 技術(shù) 的任意信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)， 它能高精度地產(chǎn)生多種基本波形，如正弦波等 。s design, making it easy to modify and Quartus II “downloading” FPGA chip,it forms the specific integrated does not have artificial connection,therefore the failure rate is low and the reliability is good. This design uses two methods, one is simple method, Any signal generator is posed by two big modules . That is, a function generator and function select circuit.. This paper alse introduces the design idea of function generator with multiple signals based on DDS technology． It can export four basic waveforms of higher precision such as sine wave and so on. Keywords: VHDL。 Quartus II。不論是在生產(chǎn)、科研還是教學(xué)上，波形發(fā)生器都是電子工程師進(jìn)行信號仿真試驗(yàn)的最佳工具。 隨著 計(jì)算機(jī) 與微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動化 EDA（ Electronic Design Automation）和可編程邏輯器件 PLD（ Programmable Logic Device）的發(fā)展都非常迅速，熟練地利用 EDA軟件進(jìn)行 PLD 器件開發(fā)已成為電子工程師必須掌握的基本技能。 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit）的設(shè)計(jì)與制造，電子工程師在實(shí)驗(yàn)室就可以完成，這都得益于PLD 器件的出現(xiàn)及功能強(qiáng)大的 EDA 軟件的支持。 本次設(shè)計(jì)的目的就是通過實(shí)踐深入理解 可編程邏輯器件 PLD， 了解 EDA 技術(shù)并掌握VHDL 硬件描述語言的設(shè)計(jì)方法和思想。通過對實(shí)用汽車尾燈控制器的設(shè)計(jì)，鞏固和綜合運(yùn)用所學(xué)知識，提高 IC 設(shè)計(jì)能力，提高分析、解決計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)際問題的獨(dú)立工作能力。通過實(shí)踐引導(dǎo) ， 我在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為日后 的 工程實(shí)踐奠定 了 基礎(chǔ)。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 EDA、 VHDL 簡介 2 2 EDA、 VHDL 簡介 EDA 技術(shù) EDA 技術(shù)的概念及范疇 隨著數(shù)字 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化得到了有力的推動和促進(jìn)，從與普 通百姓生活息息相關(guān)的手機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電視，到關(guān)系到國家安定社會和諧的軍用設(shè)備、航天技術(shù)，都采用了數(shù)字電子技術(shù)，它的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面。 【 1】 所謂 EDA 技術(shù)，就是以功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)平臺，以 EDA 軟件為工具，對用硬件描述語言 HDL(Hardware Description Language)的系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)文件，自動地完成邏輯編譯、簡化、分割、綜合、布局布線及邏輯 優(yōu)化和仿真測試的電子產(chǎn)品自動化設(shè)計(jì)過程。 利用 EDA 工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC 版圖或 PCB版圖的整個過程在計(jì)算機(jī)上自動處理完成。 EDA 歷史發(fā)展回顧 早在 20 世紀(jì) 60 年代中期，人們就開始著眼于開發(fā)出各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行集成電路和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，集成電路技術(shù)的發(fā)展不斷地對 EDA 技術(shù)提出金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 EDA、 VHDL 簡介 3 新的要求，并促進(jìn)了 EDA 技術(shù)的發(fā)展。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，電子系統(tǒng)已經(jīng)從電路級系統(tǒng)集成發(fā)展成為包括 ASIC、 FPGA 和嵌入式系統(tǒng)的多種模式， EDA 產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息類產(chǎn)品的支柱產(chǎn)業(yè)。 20 世紀(jì) 70 年代，是 EDA 技術(shù)發(fā)展初期，我們稱之為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD(Computer Aided Design)階 段。 CAD 的概念已見雛形，人們開始利用計(jì)算機(jī)替代產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的高度重復(fù)性的復(fù)雜勞動，如利用二維圖形編輯與分析工具，輔助進(jìn)行集成電路版圖編輯、 PCB 布局布線等工作。 【 2】 20 世紀(jì) 80 年代，隨著集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入 COMS 時(shí)代， EDA 技術(shù)也進(jìn)入到了計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì) CAE（ Computer Assisst Engineering Design）階段。較之 70 年代的自動布局布線的 CAD 工具能夠替代設(shè)計(jì)中繪圖的重復(fù)勞動而言， 80 年代出現(xiàn)的具有自動綜合能力的 CAE 工具則代替了設(shè)計(jì)師的部分工作，它在 PCB 設(shè)計(jì)方面的原理圖輸入、自動布局布線及 PCB 分析，以及邏輯設(shè)計(jì)、邏輯仿真、布爾方程綜合和簡化等方面都擔(dān)任了重要角色。 EAD工具以系統(tǒng)級設(shè)計(jì)為核心，包括了系統(tǒng)行為級描述與結(jié)構(gòu)綜合、系統(tǒng)仿真與測試驗(yàn)證、 系統(tǒng)劃分與指標(biāo)分配及系統(tǒng)決策與文件生成等一系列完整的功能。 【 3】 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來， EDA 技術(shù)得到了更大的發(fā)展。電子領(lǐng)域各學(xué)科全方位融入 EDA 技術(shù)，除了成熟的數(shù)字技術(shù)外，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語言的表達(dá)和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)可編程模擬器件的出現(xiàn)、數(shù)字信號處理和圖像處理的全硬件實(shí)現(xiàn)方案等，使得 EDA 工具不論是在廣度上還是深度上都取得了長足的發(fā)展。相比傳統(tǒng)的電路 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， VHDL 具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能