EDA波形發(fā)生器實訓報告

1、ill!班級：09電信姓名：熊雷學號：13指導教師：趙欣湖北輕工職業(yè)技術學院2011年3月4日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章概述2第二章 萬用表組裝與調(diào)試的目的與意義5 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第三章電路調(diào)試與制作73.1萬用表的種類錯誤！未定義書簽。3.2萬用表的結構特征錯誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第四章指針式萬用表最基本的的工作原理7MF47型萬用表的工作原理錯誤！未定

2、義書簽。MF47萬用表電阻檔工作原理9 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第五章總結與體會9 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第六章附錄10第一章概述1.1引言電子設計的必由之路是數(shù)字化，這已成為共識。在數(shù)字化的道路上，我國的電子技術經(jīng)歷 了一系列重大的變革。從應用小規(guī)模集成電路構成電路系統(tǒng)，到廣泛地應用微控制器或單 片機（MCU），在電子系統(tǒng)設計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。電子產(chǎn)品正在以前所未有 的速度進行著革新，主要表現(xiàn)在大規(guī)模可編程邏輯器件的廣泛應用。在可編程芯片CPLD（復 雜可編程邏

3、輯器件）和FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）上實現(xiàn)電子系統(tǒng)的設計，必將成為今后電子 系統(tǒng)設計的一個發(fā)展方向。所以電子設計技術發(fā)展到今天，又將面臨另一次更大意義的突 破，即CPLD/FPGA在EDA (電子設計自動化)基礎上的廣泛應用。本設計將采用基于VHDL 的EDA設計來實現(xiàn)波形發(fā)生器的各種功能。1.2EDA技術的涵義EDA是電子設計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫。它是以大 規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算 機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件， 自動完成用軟件的方式

4、設計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術。EDA技術可以實現(xiàn)邏輯編 譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標 芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒?。EDA的工程設計流程電子設計的全過程分為物理級、電路級和系統(tǒng)級三個設計層次，涉 及的電子系統(tǒng)從低頻、高頻到微波，從線性到非線性，從模擬到數(shù)字，從通用集成電路到專 用集成電路構造的電子系統(tǒng)。EDA技術采用系統(tǒng)級的設計方法，其設計流程如圖1所示。中中HEM綻合IX/p刑下宦/圖1 EDA的工程設計流程圖源程序的編輯：利用文本編輯器或圖形編輯器，將設計用文本方式或圖形方式表達出 來

5、。常用的源程序輸入方式有原理圖輸入、HDL文本輸入和狀態(tài)圖輸入。邏輯綜合和優(yōu)化：邏輯綜合的功能是將軟件描述與給定硬件結構聯(lián)系起來，也就是 HDL、原理圖或狀態(tài)圖的描述，針對給定硬件結構組件進行編譯、優(yōu)化、轉(zhuǎn)換和綜合，最終 獲得門級電路甚至更底層的電路描述文件。目標器件的布線/適配：適配器的功能是將邏輯綜合后產(chǎn)生的網(wǎng)表文件配置到指定的目 標器件中，并產(chǎn)生最終的下載文件。目標器件的編程/下載：如果編譯、綜合、布線/適配和行為仿真、功能仿真、時序仿 真等過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，也就是說滿足原設計的要求，這時就可以通過編程器或下載電纜 將布線/適配器產(chǎn)生的配置/下載文件載入目標芯片F(xiàn)PGA或CPLD中。2

6、多功能波形發(fā)生器的設計21多功能波形發(fā)生器多功能波形發(fā)生器采用FPGA器件作為核心控制部件，精度高穩(wěn)定 性好，得到波形平滑，特別是由于FPGA的高速度，能實現(xiàn)較高頻率的波形。控制上更方便， 可得到較寬頻率范圍的波形輸出，步進小。波形數(shù)據(jù)使用Matlab計算，Matlab能對數(shù)據(jù)進 行四舍五入，得到的數(shù)據(jù)誤差較小，且編程簡單，修改容易，調(diào)用方便。計算正弦波及指定 函數(shù)波的N點采樣值，然后寫入到ROM中待用。通過預置FPGA的分頻系數(shù)以及改變相位 進步實現(xiàn)對輸出頻率的調(diào)節(jié)，并可以等步進調(diào)頻。幅度調(diào)節(jié)采用高精度的電位器調(diào)節(jié)。第二章 單元電路分析與設計輸出信號頻率的產(chǎn)生。輸出信號的頻率由觸發(fā)信號的頻率

7、決定，觸發(fā)信號的頻率由50MHZ 的信號分頻率得到，分頻率系數(shù)由選擇模塊產(chǎn)生。本文設計的波形頻率xfo從100-1000HZ, 步進為 100Hz,因此，有 100Hz、200Hz、300Hz .900Hz、1000Hz 等 10種頻率。每種頻率的波形的一個周期都要輸出64個離散點，故時鐘觸發(fā)信號的頻率fc=64xfo。該模塊將頻率 選擇模塊的輸出信號送到一個分頻程序(FANA )進行分頻，就得到分頻時鐘信號。幅度調(diào)節(jié)的原理及實現(xiàn)。直接對數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的電阻網(wǎng)絡的基準電壓進行調(diào)節(jié)， DAC0832的基準電壓為+(-)15V,理論上輸出波形的幅度范圍+(-)15V。通過在ADC0832的8腳(基

8、準電壓輸入腳)接一個精密電位器便可實現(xiàn)。波形輸出控制模塊與鍵盤控制模塊設計。波形選擇用于按鍵選擇輸出的波形類型，因為波 形發(fā)生器要求輸出正弦波、三角波、方波以及它們兩兩或三種線性組合，所以采用三個按鍵， 分別控制了三種波形的任意一種，或任意兩種波形的疊加，又或者三種波形的疊加輸出，同 時還設計了一個清零按鈕，隨時可以將輸出清零，使操作簡單。D/A轉(zhuǎn)換電路設計。該電路是將波形輸出控制模塊輸出的二進制信號值轉(zhuǎn)換成模擬信號輸 出。由8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及運算放大器等組成，織成電路如圖2所示。波形合成器的設計。對幅度為1的正弦波的一個周期進行64點采樣，用Matlab計算得到每一 點對應的幅

9、度值，然后量化成8位二進制數(shù)據(jù)存放在ROM中。理論上，采樣點數(shù)及量化位 數(shù)越多，合成波形精確度越高。D/ACO832的位數(shù)為8位，量化等級最高為256，其量化誤差 已能達到要求，對于查正弦表的舍入誤差也可忽略，故不采用更高位數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。這里 采用64個采樣點，是為了在從高到低各個頻段都能得到較好波形。在分頻器輸出脈沖驅(qū)動下, 依次取出ROM中數(shù)據(jù)，即可得到幅度上離散正弦波，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，便可得到連續(xù)正 弦波。而三角波的產(chǎn)生是從某點起，使幅度逐次增加一個相位步進，一直到最大值后變?yōu)橹?次減小一個相位步進，到最小值后又變?yōu)橹鸫卧黾酉辔徊竭M，如此循環(huán)便產(chǎn)生周期性三角波 形，方波的產(chǎn)生，只需根

10、據(jù)占空比，調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)輸出高、低電平時間即可。FPGA器件內(nèi)部結構多功能波形發(fā)生器由初值模塊、分頻模塊、方波產(chǎn)生模塊、三角波 產(chǎn)生模塊、正弦波產(chǎn)生模塊、波形輸出控制模塊等部分組成。其中初值模塊CHUZHI提供初 值，供下一個模塊FANA分頻時用，通過不同的初值，在波形產(chǎn)生模塊得到不同的工作頻率, 從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)波形頻率的目的。送不同的初值，是由輸入A決定的，4位矢量產(chǎn)生的16種組 合中的10種對應了10種不同的頻率：分頻模塊FANA的功能是將前一模塊CHUZHI送來的初 值對時鐘進行分頻，得到不同的工作頻率，從而調(diào)節(jié)波形頻率；方波產(chǎn)生模塊SQUARE的功 能是產(chǎn)生方波，每32個時鐘翻轉(zhuǎn)一次，每

11、64個時鐘為一個周期(為了與正弦波相同)；三角波 產(chǎn)生模塊DELTA的功能是產(chǎn)生三角波，為了得到64個時鐘為一個周期的三角波，對于8位D / A轉(zhuǎn)換芯片，輸出Q每次加/減8；正弦波產(chǎn)生模塊SIN的功能產(chǎn)生正弦波，一個周期取 64點，所以64個時鐘為一個周期；波形輸出控制模塊CHPR031設置了三個按鍵，分別控制三 種波形任意一種，或任意兩種波形的疊加，又或者三種波形疊加輸出。輸出的是信號的二進 制值，同時還設計了一個清零按鍵，可以將輸出清零。管腳封裝與EDA實驗箱設置管腳封裝如表1所示。ASl： (3)(4)設為ON”，其余所有檔均設為OFF”。表1管腳封裝表AO Al A2 A3 購 QI

12、)2 Qj Q4605958546667707172Q6Q7DLTSINCLRCLK Will73787961626513JSl：、(5)、設置為ON”。在TP6、TP7兩處用示波器觀察輸出信號的波形。第三章電路調(diào)試與制作第四章指針式萬用表最基本的的工作原理指針式萬用表最基本的的工作原理（見圖5）。由表頭、電阻測量檔、電流測量檔、直流電壓測量檔和交流電壓測量檔幾個部分組成，圖中“一”為黑表棒插孔，“ + ”為紅表棒插孔。測電壓和電流時，外部有電流通入表頭，因此不須內(nèi)接電池。當我們把檔位開關旋鈕SA打到交流電壓檔時，通過二極管VD整流，電阻電限流， 由表頭顯示出來；當打到直流電壓檔時不須二極管整

13、流，僅須電阻r2限流，表頭即可顯示；打到直流電檔檔時既不須二極管整流，也不須電阻r2限流，表頭即可顯示；測電阻時將轉(zhuǎn)換開關SA撥到“Q檔，這時外部沒有電流通入，因此必須使用內(nèi) 部電池作為電源，設外接的被測電阻為R，表內(nèi)的總電阻為R,形成的電流為/,由xR、電池E、可調(diào)電位器匚、固定電阻R和表頭部分組成閉合電路，形成的電流/使表 xP1頭的指針偏轉(zhuǎn)。紅表棒與電池的負極相連，通過電池的正極與電位器Rp及固定電阻R1 相連，經(jīng)過表頭接到黑表棒與被測電阻R形成回路產(chǎn)生電流使表頭顯示。回路中的電x流為：EI =Rx+R從上式可知：/和被測電阻R不成線性關系，所以表盤上電阻標度尺的刻度是不均勻x的。當電阻

14、越小時，回路中的電流越大，指針的擺動越大，因此電阻檔的標度尺刻度是反向分度。當萬用表紅黑兩表棒直接連接時，相當于外接電阻最小R =0，那么：xEEI = =Rx+RR此時通過表頭的電流最大，表頭擺動最大，因此指針指向滿刻度處，向右偏轉(zhuǎn)最大， 顯示阻值為0Q。請看電阻檔的零位是在左邊還是在右邊，其余檔的零位與它一致嗎?反之，當萬用表紅黑兩表棒開路時R f, R可以忽略不計，那么:X此時通過表頭的電流最小，因此指針指向0刻度處，顯示阻值為看今天要安裝的MF47型萬用表的原理圖（見圖6），測量線路板線路板（見圖7）。它的顯示表頭是一個直流A表，WH2是電位器用于調(diào)節(jié)表頭回路中的電流大 小，D3、D4

15、兩個二極管反向并聯(lián)并與電容并聯(lián)，用于保護限制表頭兩端的電壓起保護 表頭的作用，使表頭不至電壓、電流過大而燒壞。電阻檔分為X1Q、X1OQ、X 100Q、XlkQ、X10kQ、幾個量程，當轉(zhuǎn)換開關打到某一個量程時，與某一個電阻形 成回路，使表頭偏轉(zhuǎn)，測出阻值的大小。4.2 MF47萬用表電阻檔工作原理第五章總結與體會由于VHDL語言具有支持大規(guī)模設計和再利用已有設計等優(yōu)點，因此使用VHDL語言來 設計數(shù)字系統(tǒng)已成為一種潮流。采用EDA技術，實現(xiàn)了各種波形的產(chǎn)生，且波形平滑，無 毛刺，質(zhì)量高，輸出波形的頻率可調(diào)范圍寬，可等步進調(diào)節(jié)且步進小。人機界面經(jīng)過精 簡，按鍵少且操作方便。第六章附錄1、電阻27只，阻值如下:R1 =0.47R2 =4.99R3= 51R4 =560R5 =15kR33=6.25MR6=4.99kR7=40.2kR8=150kR9=806kR10=4.02kR34=6.25MR11=84.5MR12=360kR13=1.8R14=2.26MR15=4.3MR16=0.025(分R17=15MR18=165R19=1.78KR20=54.9k流器)R21=1