VHDL信號(hào)發(fā)生器論文畢業(yè)論文

學(xué)年論文題目：函數(shù)發(fā)生器作者：所在學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)年級(jí)：電子信息工程14-1班指導(dǎo)教師：職稱(chēng)：2016年12月28日

目錄前言 3VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介42.設(shè)計(jì)要求53.1功能5 3.2要求5 3.3實(shí)驗(yàn)器件54.實(shí)現(xiàn)思路64.1設(shè)計(jì)思路64.2VHDL語(yǔ)言程序分析6程序設(shè)計(jì)5.1分頻器程序75.2三選一選擇器75.3正弦波封裝85.4三角波的封裝95.5總電路連接圖106.結(jié)論111.前言函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：能產(chǎn)生某些特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)，頻率范圍可從幾個(gè)微赫到幾十兆赫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。因此設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器的應(yīng)用價(jià)值是十分廣泛的。2.VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語(yǔ)句外，VHDL的語(yǔ)言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類(lèi)似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱(chēng)設(shè)計(jì)實(shí)體(可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng))分成外部(或稱(chēng)可視部分，及端口)和內(nèi)部(或稱(chēng)不可視部分)，既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開(kāi)發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。特點(diǎn)：VHDL語(yǔ)言能夠成為標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言并獲得廣泛應(yīng)用，它自身必然具有很多其他硬件描述語(yǔ)言所不具備的優(yōu)點(diǎn)。歸納起來(lái)，VHDL語(yǔ)言主要具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)VHDL語(yǔ)言功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)方式多樣VHDL語(yǔ)言具有強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，只需采用簡(jiǎn)單明確的VHDL語(yǔ)言程序就可以描述十分復(fù)雜的硬件電路。同時(shí)，它還具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能。此外，VHDL語(yǔ)言能夠同時(shí)支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，這是其他硬件描述語(yǔ)言所不能比擬的。VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)方法靈活多樣，既支持自頂向下的設(shè)計(jì)方式，也支持自底向上的設(shè)計(jì)方法;既支持模塊化設(shè)計(jì)方法，也支持層次化設(shè)計(jì)方法。(2)VHDL語(yǔ)言具有強(qiáng)大的硬件描述能力VHDL語(yǔ)言具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能，既可描述系統(tǒng)級(jí)電路，也可以描述門(mén)級(jí)電路;描述方式既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者的混合描述方式。同時(shí)，VHDL語(yǔ)言也支持慣性延遲和傳輸延遲，這樣可以準(zhǔn)確地建立硬件電路的模型。VHDL語(yǔ)言的強(qiáng)大描述能力還體現(xiàn)在它具有豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型。VHDL語(yǔ)言既支持標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，也支持用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，這樣便會(huì)給硬件描述帶來(lái)較大的自由度。(3)VHDL語(yǔ)言具有很強(qiáng)的移植能力VHDL語(yǔ)言很強(qiáng)的移植能力主要體現(xiàn)在:對(duì)于同一個(gè)硬件電路的VHDL語(yǔ)言描述，它可以從一個(gè)模擬器移植到另一個(gè)模擬器上、從一個(gè)綜合器移植到另一個(gè)綜合器上或者從一個(gè)工作平臺(tái)移植到另一個(gè)工作平臺(tái)上去執(zhí)行。(4)VHDL語(yǔ)言的設(shè)計(jì)描述與器件無(wú)關(guān)采用VHDL語(yǔ)言描述硬件電路時(shí)，設(shè)計(jì)人員并不需要首先考慮選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)的器件。這樣做的好處是可以使設(shè)計(jì)人員集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化，而不需要考慮其他的問(wèn)題。當(dāng)硬件電路的設(shè)計(jì)描述完成以后，VHDL語(yǔ)言允許采用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。(5)VHDL語(yǔ)言程序易于共享和復(fù)用VHDL語(yǔ)言采用基于庫(kù)(library)的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以建立各種可再次利用的模塊，一個(gè)大規(guī)模的硬件電路的設(shè)計(jì)不可能從門(mén)級(jí)電路開(kāi)始一步步地進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是一些模塊的累加。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計(jì)或者使用以前設(shè)計(jì)中的存檔模塊，將這些模塊存放在庫(kù)中，就可以在以后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)用。3.設(shè)計(jì)要求3.1功能使用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生幾種常用信號(hào)，并有頻率調(diào)節(jié)功能，波形選擇功能，生成波形能直接在示波器上觀察。3.1要求（1）能發(fā)生正弦波，三角波，方波；（2）通過(guò)波動(dòng)一組開(kāi)關(guān)對(duì)波形頻率分頻；（3）帶一鍵復(fù)位功能；（4）用AD558芯片完成D/A轉(zhuǎn)換；3.3實(shí)驗(yàn)器件EDA實(shí)驗(yàn)箱，示波器，導(dǎo)線若干，AD558芯片 4.實(shí)現(xiàn)思路4.1設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器的思路主要是將實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的程序使用VHDL語(yǔ)言寫(xiě)好，然后封裝，再在用戶(hù)自定義的元件庫(kù)里選擇相應(yīng)器件，在quartus電路原理圖版面調(diào)用，連接各個(gè)封裝元件，構(gòu)成完整電路。4.2VHDL語(yǔ)言程序分析本次設(shè)計(jì)主要程序封裝分為：分頻器，三選一選擇器，正弦波封裝，三角波封裝，方波封裝；1.分頻器設(shè)計(jì) 由實(shí)驗(yàn)箱提供原始的CLK時(shí)鐘信號(hào)，4位set_fre輸入引腳作為用戶(hù)可調(diào)分頻 大 小的端口，通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)改變4位set_fre值，進(jìn)行不同的分頻，4位set_fre每位分 別表示8,4，2，1。分頻后構(gòu)成新的CLK0信號(hào)。2.三選一選擇器 定義delta,square,sin三個(gè)輸入端口，用做對(duì)應(yīng)三種波形選擇，高電平有效。3.正弦波封裝正弦波的產(chǎn)生采用的是正弦函數(shù)y=sin（x）的x與y的對(duì)應(yīng)關(guān)系，x自加一對(duì)應(yīng)不同的y值，Y采用4倍于x的刻度。Y值對(duì)應(yīng)的最接近的整數(shù)就是程序的八位輸出q。4,三角波封裝三角波的產(chǎn)生采用的是用一個(gè)變量自加一加到最大再自減一減到0，循環(huán)不斷，則產(chǎn)生了三角波。5，方波封裝方波的產(chǎn)生是對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK0進(jìn)行256分頻，減慢電平的高低跳變。5.程序設(shè)計(jì).5.1分頻器程序5.2三選一選擇器5.3正弦波封裝5.4三角波的封裝4.5方波封裝程序5.5總電路連接圖總結(jié)通過(guò)設(shè)計(jì)此函數(shù)發(fā)生器，體會(huì)到了可編程邏輯器件在基本電路模塊基礎(chǔ)上，不必修改硬件電路，通過(guò)修改VHDL源程序，增加一些新功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)硬件的軟件