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完整版EDA毕业课程设计说明书
苏州市职业大学
课程设计说明书
名称任意波形产生电路设计
2012年6月25日至2012年6月28日共1周
院 系电子信息工程系
班级10电信1班
姓名窦春艳
系 主 任张红兵
教研室主任陆春妹
指导教师颜廷秦
苏州市职业大学
课程设计任务书
课程名称:
电子设计自动化
院系:
电子信息工程系
班 级:
10电子信息
(1)
指导教师:
颜廷秦
系主任:
张红兵
目录
第一章绪论4
1.1EDA技术4
1.2EDA的发展历程4
1.2.1120世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段4
1.2.220世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段4
1.2.320世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段5
1.3VHDL硬件描述语言5
VHDL设计的特点6
1.4EDA的应用:
7
第二章课程设计的要求:
9
第三章课程设计的系统流程:
10
3.1课程设计整体思路:
10
3.2课程设计流程图:
10
3.3波形产生流程图:
11
3.4程序设计模块:
12
3.4.1正弦波:
12
3.4.2三角波:
13
3.4.3方波:
15
3.4.4特殊波:
16
3.4.5时钟脉冲选择与控制:
17
3.5设计波形仿真:
18
3.5.1正弦波波形软件仿真18
3.5.2三角波波形软件仿真19
3.5.3方波波形软件仿真19
3.5.4特殊波波形软件仿真19
3.6芯片引脚配置:
20
3.7硬件下载及示波器显示:
20
第四章心得与体会22
参考文献23
第一章绪论
1.1EDA技术
电子设计自动化技术(EDA)以计算机为基础工作平台,以微电子技术为物理基础,以现代电子技术设计技术为灵魂,采用计算机软件工具,最终实现电子系统或专用集成电路的设计。
它可简单概括为以大规模可编程逻辑器件为设计载体,通过硬件描述语言或将逻辑图输入给相应EDA开发软件,经过编译和仿真,最终将所设计的电路下载到设计载体中,从而完成系统设计任务的一门新技术。
1.2EDA的发展历程
1.2.1120世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段
早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件,随着集成电路的出现和应用,硬件设计进入到发展的初级阶段。
初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。
由于设计师对图形符号使用数量有限,因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求,更不能满足工作效率的要求。
1.2.220世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段
初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电子系统设计的。
随着微电子工艺的发展,相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器。
伴随着计算机和集成电路的发展,EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。
20世纪80年代初推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心,重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。
利用这些工具,设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能,能生成产品制造文件,使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步
1.2.320世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段
为了满足千差万别的系统用户提出的设计要求,最好的办法是由用户自己设计芯片,让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。
微电子技术的发展,特别是可编程逻辑器件的发展,使得微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件,使设计者通过设计芯片实现电子系统功能。
EDA工具的发展,又为设计师提供了全线EDA工具。
这个阶段发展起来的EDA工具,目的是在设计前期将设计师从事的许多高层次设计工作由工具来完成,如可以将用户要求转换为设计技术规范,有效地处理可用的设计资源与理想的设计目标之间的矛盾,按具体的硬件、软件和算法分解设计等。
由于电子技术和EDA工具的发展,设计师可以在不太长的时间内使用EDA工具,通过一些简单标准化的设计过程,利用微电子厂家提供的设计库来完成数万门ASIC和集成系统的设计与验证。
20世纪90年代,设计师逐步从使用硬件转向设计硬件,从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发(即片上系统集成,Systemonachip)。
1.3VHDL硬件描述语言
VHDL的英文全名是Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,诞生于1982年。
1987年底,VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。
自IEEE公布了VHDL的标准版本,IEEE-1076(简称87版)之后,各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境,或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。
此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受,并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。
1993年,IEEE对VHDL进行了修订,从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容,公布了新版本的VHDL,即IEEE标准的版本,(简称93版)。
现在,VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言,又得到众多EDA公司的支持,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。
有专家认为,在新的世纪中,VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。
VHDL主要用于描述数字系统的结构,行为,功能和接口。
除了含有许多具有硬件特征的语句外,VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。
VHDL的程序结构特点是将一项工程设计,或称设计实体(可以是一个元件,一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可是部分,及端口)和内部(或称不可视部分),既涉及实体的内部功能和算法完成部分。
在对一个设计实体定义了外部界面后,一旦其内部开发完成后,其他的设计就可以直接调用这个实体。
这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点
VHDL设计的特点
与其他硬件描述语言相比,VHDL具有以下特点:
功能强大、设计灵活。
VHDL具有功能强大的语言结构,可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。
它具有多层次的设计描述功能,层层细化,最后可直接生成电路级描述。
VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计,这是其他硬件描述语言虽不能比拟的。
VHDL还支持各种设计方法,既支持自底向上的设计,又支持自顶向下的设计;既支持模块化设计,又支持层次化设计。
支持广泛、易于修改。
由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言,目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL,这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。
在硬件电路设计过程中,主要的设计文件是用VHDL编写的源代码,因为VHDL易读和结构化,所以易于修改设计。
强大的系统硬件描述能力。
VHDL具有多层次的设计描述功能,既可以描述系统级电路,又可以描述门级电路。
而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述,也可以采用三者混合的混合级描述。
另外,VHDL支持惯性延迟和传输延迟,还可以准确地建立硬件电路模型。
VHDL支持预定义的和自定义的数据类型,给硬件描述带来较大的自由度,使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
独立于器件的设计、与工艺无关。
设计人员用VHDL进行设计时,不需要首先考虑选择完成设计的器件,就可以集中精力进行设计的优化。
当设计描述完成后,可以用多种不同的器件结构来实现其功能。
很强的移植能力。
VHDL是一种标准化的硬件描述语言,同一个设计描述可以被不同的工具所支持,使得设计描述的移植成为可能。
易于共享和复用。
VHDL采用基于库(Library)的设计方法,可以建立各种可再次利用的模块。
这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块,将这些模块存放到库中,就可以在以后的设计中进行复用,可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享,减少硬件电路设计。
(1)与其他的硬件描述语言相比,VHDL具有更强的行为描述能力,从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
强大的行为描述能力是避开具体的器件结构,从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
(2)VHDL丰富的仿真语句和库函数,使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性,随时可对设计进行仿真模拟。
(3)VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。
符合市场需求的大规模系统高效,
高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。
(4)对于用VHDL完成的一个确定的设计,可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化,并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。
(5)VHDL对设计的描述具有相对独立性,设计者可以不懂硬件的结构,也不必管理最终设计实现的目标器件是什么,而进行独立的设计。
1.4EDA的应用:
EDA技术在进入21世纪后,得到了更大的发展应用,突出表现在以下几个方面:
1.在FPGA上实现DSP应用成为可能,用纯数字逻辑进行DSP模块的设计,使得高速DSP实现成为现实,并有力地推动了软件无线电技术的实用化和发展。
基于FPGA的DSP技术,为高速数字信号处理算法提供了实现途径。
2.嵌入式处理器软核的成熟,使得SOPC(SystemOnaProgrammableChip)步入大规模应用阶段,在一片FPGA中实现一个完备的数字处理系统成为可能。
3.使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能。
4.在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言且功能强大的EDA软件不断推出。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。
第二章课程设计的要求:
此次课程设计要求可以产生正弦波、方波、三角波,锯齿波等,波的频率可调,通过控制拨码开关控制产生的波形,用四个拨码开关来调节波的频率。
波形产生电路主要通过调用寄存器中得数据,控制取出数据的速度从而控制周期。
采用DA转换电路与滤波电路的设计,通过采用施密特触发器对波形进行整形,设计一频率测量电路对所产生的频率进行测量,通过示波器显示出来。
在完成以上设计功能的要求后,设计特殊信号的产生电路。
图2-1任意波形发生器的系统总体设计原理图
第三章课程设计的系统流程:
3.1课程设计整体思路:
本设计将基于VHDL语言,以EDA技术作为开发手段,采用复杂的可编程逻辑器件作为控制核心实现的波形发生器。
总体设计框图见下图所示。
其中控制电路是我们设计的主要电路,采用VHDL语言描述。
控制电路共分为六个小模块。
分别为:
初值产生模块、分频模块、三角波产生模块、正弦波产生模块、方波产生模块和波形选择模块。
最后利用元件例化语句生成顶层电路,用Max+PlusII软件进行仿真。
3.2课程设计流程图:
首先,进行原理图VHDL文本编辑输入,保存好工程后执行功能仿真,了解其实现的功能是否能满足原设计的要求。
综合将电路的高级语言转换成低级的,可以与FPGACPLD的基本结构相映射的网络文件或程序,然后进行适配,由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中,使之产生最后的下载文件;最后将配置后生成的下载或配置文件通过编程器或编程电缆向FPGACPLD进行下载,以便进行硬件调试和验证。
图3-1设计流程图
3.3波形产生流程图:
图3-2波形产生流程图
上述流程图大概说明了波形产生的过程,系统化的列出所需要的模块,为之后的波形设计打下基础。
3.4程序设计模块:
3.4.1正弦波:
程序中输入有:
clk4,k
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