【ch09】數(shù)字系統(tǒng)EDA設計與實踐

第九章數(shù)字系統(tǒng)EDA設計與實踐9.1若生成的多項式為G(x)=x8+x5+答案：生成CRC校驗碼：在發(fā)送端，將12位信息和8位初始CRC校驗碼（通常為全0）進行連接，得到20位的數(shù)據(jù)塊。使用CRC生成模塊對這個20位數(shù)據(jù)塊進行CRC計算，生成8位的CRC校驗碼。傳輸數(shù)據(jù)：將12位信息和8位CRC校驗碼組合在一起，按照指定的傳輸協(xié)議發(fā)送給接收端。接收端校驗：在接收端，接收到20位的數(shù)據(jù)塊后，使用CRC校驗模塊對這個數(shù)據(jù)塊進行CRC計算，生成8位的CRC校驗碼。校驗比較：將接收到的CRC校驗碼與接收端計算得到的CRC校驗碼進行比較。如果兩個CRC校驗碼一致，則說明數(shù)據(jù)傳輸沒有錯誤；如果不一致，則說明數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)了錯誤。9.2將串口通信波特率分別改為4800、19200，程序如何修改?答案：打開串口通信模塊：打開設計中的串口通信模塊，通常它被實現(xiàn)為一個IP核或者一個模塊。修改波特率參數(shù)：在串口通信模塊的配置界面中，找到波特率參數(shù)的設置。根據(jù)需求，將波特率分別改為4800和19200。重新生成比特流：對于FPGA設計，修改波特率后需要重新生成比特流（bitstream），然后下載到FPGA中。對于ASIC設計，修改波特率后需要重新生成對應的硬件描述文件（如Verilog或VHDL），然后進行后續(xù)的布局布線和仿真。更新通信協(xié)議：如果修改了波特率，那么通信的另一端（例如與計算機或其他設備通信的終端）也需要相應地更新波特率，以確保兩端能夠正確地進行通信。9.3如何將設計的文字信息通過VGA接口輸出到顯示器上?說明設計思想答案：VGA接口：VGA接口是一種常見的視頻輸出接口，用于連接計算機顯示器或投影儀。它包含多個信號線，用于傳輸圖像數(shù)據(jù)和同步信號。顯示控制器：在FPGA中設計一個顯示控制器模塊，用于生成VGA接口所需的圖像數(shù)據(jù)和同步信號。該控制器可以根據(jù)輸入的文字信息，將其轉換成對應的圖像數(shù)據(jù)，然后通過VGA接口輸出到顯示器上。文字生成模塊：設計一個文字生成模塊，用于將輸入的文字信息轉換成圖像數(shù)據(jù)。這可以通過使用字庫或者字符發(fā)生器來實現(xiàn)。文字生成模塊根據(jù)輸入的字符，從字庫中讀取對應的圖像數(shù)據(jù)，并將其傳輸給顯示控制器。VGA時序：VGA接口需要嚴格的時序控制，包括垂直同步信號（VSYNC）、水平同步信號（HSYNC）以及像素時鐘等。在設計中，需要確保生成的圖像數(shù)據(jù)和同步信號與VGA接口的時序要求一致。顯示器配置：連接FPGA和顯示器的VGA接口時，需要確保顯示器的分辨率和刷新率與FPGA輸出的圖像數(shù)據(jù)和同步信號匹配。文字顯示控制：為了控制文字的顯示位置、大小、顏色等，可以添加一個文字顯示控制模塊。這個模塊可以根據(jù)需求來配置文字的顯示效果。9.41.設計實現(xiàn)鬧鐘功能。答案：略。2.給出實現(xiàn)萬年歷的設計思想。答案：在EDA設計中，實現(xiàn)萬年歷可以通過使用FPGA（FieldProgrammableGateArray）來實現(xiàn)。設計思想：確定基準日期：選擇一個基準日期作為起點，例如公歷的某一天作為基準日期。設計日期計算算法：根據(jù)選擇的基準日期，設計日期計算算法來計算每一天的日期?？紤]公歷和農(nóng)歷的計算，包括閏年、閏月等特殊情況。設計顯示界面：設計一個顯示界面，用于顯示當前日期和日歷信息?？梢允褂肔ED數(shù)碼管、LCD顯示屏或者圖形顯示屏來顯示日期和日歷。添加功能模塊：根據(jù)需要，添加一些功能模塊，如節(jié)氣查詢、農(nóng)歷查詢、節(jié)假日提醒等功能。添加控制接口：為了方便用戶控制萬年歷，可以添加一個控制接口，例如使用按鈕或觸摸屏來實現(xiàn)用戶輸入和操作。實現(xiàn)時鐘功能：為了保持萬年歷的實時性，需要添加時鐘功能，用于實時更新日期和時間。驗證和調(diào)試：完成設計后，進行驗證和調(diào)試，確保萬年歷能夠準確顯示日期和日歷信息，并正常運行。9.51.設計能產(chǎn)生多種波形（如正弦波、余弦波、方波、三角波等）的直接數(shù)字頻率合成信號發(fā)生器。答案：大致流程：選擇可編程器件：首先，選擇一個適合的可編程器件，如FPGA或DSP，作為信號發(fā)生器的硬件平臺。這些器件具有高度的可編程性和靈活性，可以實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理功能。設計數(shù)字頻率合成核（DDS核）：DDS核是信號發(fā)生器的核心模塊，用于產(chǎn)生不同頻率的波形。DDS核的基本原理是使用相位累加器和查找表來生成數(shù)字相位，然后通過數(shù)字到模擬轉換器（DAC）將數(shù)字相位轉換成模擬信號輸出。設計波形生成模塊：在DDS核的基礎上，設計波形生成模塊，通過在查找表中預先存儲不同波形的幅度信息，實現(xiàn)產(chǎn)生正弦波、余弦波、方波、三角波等多種波形。添加控制接口：為了方便用戶控制信號發(fā)生器的頻率和波形，可以添加一個控制接口，例如使用串行通信接口（如UART）或并行輸入輸出端口（如GPIO）來實現(xiàn)與外部控制器的通信。配置時鐘源：DDS信號發(fā)生器需要一個穩(wěn)定的時鐘源來驅(qū)動相位累加器。確保時鐘源的穩(wěn)定性和精度是設計中的重要考慮因素。數(shù)字到模擬轉換：最后，通過DAC將數(shù)字信號轉換為模擬信號輸出，然后通過濾波器來去除高頻成分，以得到所需的輸出波形。2.設計一個測頻電路，測量并顯示直接數(shù)字頻率合成電路產(chǎn)生的信號頻率。答案：大致流程：選擇測頻器件：首先，選擇一個適合的測頻器件，如計數(shù)器或頻率計，用于測量輸入信號的頻率。連接DDS輸出：將DDS電路的輸出信號連接到測頻器件的輸入端。編程測頻器件：根據(jù)測頻器件的規(guī)格和接口要求，編程它以實現(xiàn)對DDS輸出信號頻率的測量。設計顯示模塊：在測頻器件的基礎上，設計一個顯示模塊，用于顯示測得的頻率值?？梢允褂肔ED數(shù)碼管、LCD顯示屏或者數(shù)碼示波器等設備來顯示頻率。添加控制接口：為了方便用戶控制測頻電路，可以添加一個控制接口，例如使用串行通信接口（如UART）或并行輸入輸出端口（如GPIO）來實現(xiàn)與外部控制器的通信。配置時鐘源：確保測頻器件和DDS電路都使用相同的穩(wěn)定時鐘源，以確保測量的準確性和一致性。驗證和調(diào)試：完成設計后，進行驗證和調(diào)試，確保測頻電路能夠準確測量DDS信號的頻率，并正確地顯示頻率值。9.6比較直接測頻法、測周期法和等精度法等三種不同的測頻方法。答案：直接測頻法：原理：直接測頻法通過測量信號的周期來計算頻率，即將信號的周期倒數(shù)作為頻率。優(yōu)點：簡單直接，適用于穩(wěn)定的周期性信號。缺點：對于非周期性信號或者周期不穩(wěn)定的信號，精度較低。測周期法：原理：測周期法通過測量信號的多個周期來計算頻率，然后取平均值得到更準確的頻率值。優(yōu)點：相對于直接測頻法，測周期法的精度更高，尤其適用于周期不穩(wěn)定的信號。缺點：對于非周