FPGA设计比赛作品答辩样例

外部信号频率捕捉与函数发生器华中科技大学光电1001班张涵唐若丹李天然指导老师：吴建新2012.12.262012年华中科技大学xilinx-依元素科技FPGA电子设计大赛Page2成员介绍右起依次为：张涵唐若丹李天然01一.需求分析二.概要设计三.详细设计四.项目总结报告内容Page4一、需求分析大体功能：外部信号频率捕捉和函数发生器实现外部输入正弦波、方波、三角波，锯齿波，脉冲频率测试；实现在外部波形频率基础上输出1-10倍频的正弦波、三角波、锯齿波、方波输出波形频率大小可调，幅值可调，直流偏置可调并能够显示输入和输出的频率值。；实现通过内部方波信号产生同频的正弦波、三角波、锯齿波、方波；需求分析Page5二、概要设计BASYS2开发板频率计信号发生器外部波形测频输入电路外部波形输出电路概要设计Page6外部正弦波测频输入电路运用NE5532和LM311将正弦波、方波、三角波，锯齿波，脉冲变为方波，最后又加了一个施密特触发反相器，消除信号抖动，即得TTL电平，输入板内测频。首先利用Multisim软件来仿真详细设计电压跟随器比较器电压跟随器Page7外部正弦波测频输入电路详细设计电压跟随器LM311比较器电压跟随器斯密特整形信号输入端口+VCC-VEEGNDPage8实际波形测试：例如以下为正弦波测频输入电路详细设计Page9DigilentBasys2开发板上设计详细设计频率显示频率选择按键使能开关复位开关输入输出频率选择选择开关内部外部频率选择开关输出波形选择开关输入端口输出端口Page10DigilentBasys2开发板上设计1.基本设计目标1.1设计频率计的模块，测其频率（测1s时间内脉冲次数）。1.2产生16bit位宽，频率可调的正弦波数字化样值信号并通过ise13.1集成仿真工具仿真确认设计结果。让产生数字化波信号与输入信号同频，可输出。1.3能输出同频或者该频率整数倍的正弦波信号，并用示波器验证。1.4用数码管显示频率计数结果（精确到Hz）。2.发挥与拓展可通过拨码或按键输入指定所生成输出信号的频率；增加输出波形的种类（如三角波、锯齿波、方波）,且幅度可调；输出信号类型、频率、幅度的手动设置输入控制；详细设计Page11DigilentBasys2开发板上设计详细设计Page12DigilentBasys2开发板上设计详细设计Page13DigilentBasys2开发板上设计本项目工程共分为10个模块，它们相互联系以共同完成频率计与信号发生器的功能。顶层模块为top，其余子模块有clk_internal、freq、key_press、clk_out、mysinrom、myswtrom、mytrirom、sel_wave、dac和display模块。详细设计Page14频率计模块：测量输入波形的频率原理：统计在1s内输入脉冲的次数，即为频率值。详细设计Page15显示模块：显示当前操作的频率值（可谓外部、内部、输入、输出信号原始值、倍频值）详细设计Page16防抖模块：对按键kint0做按键防抖的处理，经过尝试大概在延时120ms后按键比较稳定详细设计Page17选择波形模块：将输出的频率送到时钟波形的各个模块中，由switch3和switch2控制波形的输出。详细设计Page18波形的输出主要是利用了Basys2板子中的IP核ROM，首先利用matlab生成四种波形的数据（每个周期取128点），然后直接导入到ROM中，在输出端依次读取这些点，送到DA，经过DA输出得到想要四种波形。将上述所得的数据导入到ROM中，这样操作简单方便快捷。详细设计Page19最后以读取数据的时钟去触发D/A的输出，保证数据传递的同时性详细设计Page20外部波形输出电路详细设计DA芯片幅度调节低通滤波器DA供电+VCC-VEEGNDPage21结果测试输入频率测试详细设计输入频率为300Hz测试频率正确Page22结果测试（设定输出频率为1KHz)输出波形：正弦波详细设计Page23结果测试（设定输出频率为1KHz)输出波形：方波详细设计Page24结果测试（设定输出频率为1KHz)输出波形：锯齿波详细设计Page25结果测试（设定输出频率为1KHz)输出波形：三角波详细设计Page26结果测试幅度调节范围正弦波幅值调节范围为10mV-8V方波、锯齿波、三角波调节范围为10mV-10V直流偏置调节范围0-2V详细设计Page27结果测试（视频展示）详细设计Page28学校为我们提供了良好便利的学习环境。我们可以利用校园网络资源查询到比赛所需的资料，每个小组凭学生证就可以借到比赛所需的DigilentBasys2开发板和必要的连接器件.实践与理论的结合。这和我们以前做的课程设计有很大的不同，一是没有现成的方案供选择，二是没有现成的电路图供参考，三是没有类似的算法和程序供使用。我们从比赛要求完成的不同任务着手查阅了大量的资料，确定功能实现需要的模块、绘出电路雏形。在学习资料的同时，动手尝试编写各个相关的模块以及测试模块验证，并完成相关的软件和硬件的调试，在摸索中逐步完善电路。这样边看理论边实践的学习方式事半功倍。培养了自学能力。我们在复习以前学过的书本知识的同时还要自学没有接触过的知识，并不断地用可能刚刚才学习到的知识编写、测试代码，烧入板中运行，观察结果，如此重复。增强了团队合作的能力。三个小组成员的协作与分工，很好的发挥了各自的优点，弥补了各自的不足。虽然作品成果终于完成，但是比赛准备阶段的艰辛历程不时在我们脑海中闪现，我们懂了实践才能出真知，知道了理论与实践结合的重要性，知道了知识的学习一定要手、脑、心、口并用。项目总结Page29