基于EDA智能函数发生器的设计

乐山职业技术学院毕业设计清华大学2012年毕业设计（论文）论文题目：基于EDA技术的智能函数发生器的设计学生姓名汪科宇学号200903310112指导教师张仕海专业应用电子技术年级2009级论文编号：乐山职业技术学院毕业设计2摘要应用EDA技术完成一个电子产品的设计，以FPGA芯片中集成一个在电子生产或检测中通常用到波形发生器。在Max+plusⅡ软件开发平台，输入原理图或硬件描述语言VHDL完成的设计文件，系统将自动地完成逻辑编译、综合、仿真、目标芯片的适配编译、下载等的工作。设计的工作是利用编程的方式来进行对系统的功能的描述，在EDA工具的帮助下，应用相应的可编程器件，实现设计的最终结果。使常用到的波形发生器微型化，设计简单化，使用简单化。关键词：FPGAEDA六种波形Max+plusⅡ软件乐山职业技术学院毕业设计3AbstractEDAapplicationoftechnologytocompleteanelectronicproductdesigntoFPGAchipintegratedinaproductionorelectronicdetectionfunctioninusuallyusedinsignalgenerator.MAX+PLUSⅡinthesoftwaredevelopmentplatformfortheimportationofschematicorhardwaredescriptionlanguageHDLdesigndocumentcompleted,thesystemwillautomaticallycompilethecompletionoflogic,integrated,simulation,thegoalofthechipsfittocompile,download,andsoon.DesignworkistouseprogrammingonthewaytocarryoutthefunctionofthesystemdescribedintheEDAtoolswiththehelpoftheappropriateapplicationoftheprogrammabledevices,designedtoachievethefinalresult.Usedtomakethemicro-functionsignalgenerator,simpledesign,simpletouse.Keywords：FPGAEDASixkindsofwaveformMax+plusⅡ乐山职业技术学院毕业设计目录摘要........................................................................2ABSTRACT....................................................................3目录....................................................................0第1章引言.................................................................1第2章EDA和MAX+PLUSⅡ软件介绍.............................................32.1EDA技术的简介.........................................................32.2MAX+PLUSⅡ软件介绍.....................................................3第3章系统的设计...........................................................53.1．设计要求.............................................................53.2设计思路..............................................................53.3系统细化框图..........................................................6第4章各模块程序设计及仿真.................................................84.1递增斜波模块..........................................................84.2递减斜波模块..........................................................84.3三角波模块............................................................94.4阶梯波模块...........................................................104.5正弦波模块...........................................................104.6方波模块.............................................................114.7输出波形选择模块.....................................................12第5章系统的编译与调试...................................................135.1系统联调与测试分析...................................................135.2编译.................................................................135.3引脚锁定.............................................................135.4编程下载.............................................................145.5硬件验证.............................................................15第6章结论...............................................................16参考文献...................................................................17附录.......................................................................18乐山职业技术学院毕业设计1第1章引言EDA（electronicdesignautomation，电子设计自动化）技术是现代电子工程领域的一门新技术。它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。EDA技术的发展和推广应用极大地推动了电子工业的发展，随着EDA技术的发展，硬件电子电路的设计几乎全部可以依靠计算机来完成。这样就大大缩短了硬件电子电路设计的周期从而使制造商可以快速开发出品种多批量小的产品，以满足市的众多需求。EDA技术的推广是当今世界的一个技术热点。EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术。传统设计应用分立元件或通用数字电路芯片，设计周期长，花费大，而且往往局部功能优化，而整体功能较差。EDA以计算机为平台，根据硬件描述语言，如VHDL自动地完成逻辑编译、化简分割、综合及优化，布局布线，仿真直至对特定目标芯片的适配编译，逻辑映射和编程下载等工作。以自顶向下的设计方法，使硬件设计软件化，摆脱了传统手工设计的众多缺点。其方法简单，频率稳定度高，易于程控。随着EDA技术的深入发展，基于硬件描述语言的方法将有取代传统手工设计方法的趋势。尝试用VHDL设计来产生正弦波，其频率切换非常便捷，调试、修改也非常节省时间。FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（LogicCellArray）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）、输出输入模块IOB（InputOutputBlock）和内部连线（Interconnect）三个部分。它与分立元件相比，具有速度快、容量大、功耗小和可靠性高等优点。由于集成度高，设计方法先进、现场可编程，可以设计各种数字电路，因此，在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域内得到了广泛应用。不久的将来将全部取代分立数字元件，目前一些数字集成电路生产厂商已经停止了分立数字集成电路的生产。此外，FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。因此，FPGA技术的应用前景非乐山职业技术学院毕业设计2常广阔。VHDL（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，超高速集成电路硬件描述语言）诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（ToptoDown）和基于库（LibraryBased）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的FPGA器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。波形发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。乐山职业技术学院毕业设计3第2章EDA和Max+plusⅡ软件介绍2.1EDA技术的简介EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，根据原理图或硬件描述语言HDL完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化，布局布线、仿真、目标芯片的适配编译，逻辑映射和编程下载等工作。设计者的工作只限于软件的方式来完成对就的硬件功能的描述了，要EDA工具的帮助下，就应用相应的FPGA器件就可以得到最后的设计结果。尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。当然我们