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基于fpga的信号发生器和DA转换

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发表于 2019-3-24 11:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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基于FPGA的信号发生器和DA转换
- f7 n+ [2 c5 w* t6 `+ n3 h
) H5 B% j3 S2 m' n  {
3设计实现
3.1顶层接口
新建目录:D:\mdy_book\dds_da。在该目录中,新建一个名为dds_da.v的文件,并用GVIM打开,开始编写代码。
我们要实现的功能,概括起来就是FPGA产生控制AD9709,让其中的通道A产生正弦波所对应的电压。为了控制AD9709的通道A,就需要控制AD9709的MODE、SLEEP、CLK1、WRT1、DB7~0P1管脚。根据设计目标的要求,整个工程需要以下信号
1.使用clk连接到晶振,表示50M时钟的输入。
2.使用rst_n连接到按键,表示复位信号。
3.使用DAC_mode信号连接到AD9709的MODE管脚,用来控制其工作模式。
4.使用dac_sleep信号连接到AD9709的SLEEP管脚,用来控制其睡眠模式。
5.使用dac_clka信号连接到AD9709的CLK1管脚,用来控制通道A的时钟。
6.使用dac_wra信号连接到AD9709的WRT1管脚,用来控制通道A的写使能。
7.使用8位信号dac_da连接到AD9709的DB7~0P1管脚,用来控制通道A的写数据。
综上所述,我们这个工程需要7个信号,时钟clk,复位rst_n,dac_mode、dac_sleep、dac_clka、dac_wra和dac_da,其中dac_da是8位信号,其他都是1位信号。下面表格表示了硬件电路图的连接关系。
器件( V+ B0 B6 ~' e' O
AD9709管脚
  X$ b1 @9 `  q0 {
原理图信号( b  z; e: H6 E. i2 \+ c  e: o
FPGA管脚2 v8 i8 I/ B6 r# c
FPGA工程信号
: E  T# v% A+ F, r' o2 V
U8" j8 `. `. r2 J
MODE1 C1 v4 u# q. I& |/ X
DAC_MODE
' Z0 L/ n4 w" I0 w
Y4
6 ~. [- M3 V2 f$ j
dac_mode
$ [! W8 j2 c2 S* Q$ _" D
SLEEP5 L- X5 h7 z  a! q
DAC_SLEEP
9 P. x! u' J7 }7 `( O/ q. |" y3 Q
H2$ V) z. P; t1 z% K
dac_sleep  n( M% M  S. e( X  T2 @# }
CLK12 V& S" l7 \  J; L; i. d
DA_CLKA
% P1 a+ J# w/ ]$ A! v; v6 W
R2
, g" K/ [: x) a; e" ]& @5 {8 j
dac_clka, h! D' l" R- D, [- I* k+ W
WRT1
. }& M5 b2 P: {3 C
DA_WRA% X5 X4 c) N/ K* K6 S: k  m
U1
9 }5 {/ ?; H: z1 a
dac_wra& `& E6 \6 T; X6 w: a
DB7P1
2 m6 M6 V" r% E# z
DAC_DA7
  L1 }5 S* b* s5 `! ]/ B
AA1/ Y0 K( V' l0 a5 B
dac_da[7]
9 m2 j3 W/ a7 R- J  ~5 r) a' [
DB6P1% B, g8 @: ?7 C
DAC_DA6
0 F: G6 B& c" f7 ]+ R
Y2. \  G9 N  G/ e; w" k- J2 b1 U5 Y% F
dac_da[6]- y, T& v/ m* Y& F" v
DB5P14 T0 C( L6 Z! |* Y
DAC_DA5
& d" a7 p0 B, ~1 a: i
Y11 E5 R7 h3 o' S9 V
dac_da[5]$ V$ K) Q+ d) A5 _
DB4P17 X3 y: y; D4 Z
DAC_DA4
0 `3 V. t. M3 P
W2
' \, O3 q# t; K
dac_da[4]: n" g) @0 f& _* Z" D" m& g
DB3P1
% o* B& r1 l2 u/ K" o) S
DAC_DA3# {$ c: e) S' B/ b% U& U" y' d
W1
2 q( I% s% V3 k
dac_da[3]
- s; ]6 r6 {. ?6 j$ T& ?: r% h
DB2P1
4 l# L0 x6 X- W0 b  N
DAC_DA2
, r1 M& n* f1 ~/ `; m# T
V2
1 f. O" \, ?% q
dac_da[2]4 r6 F9 N% t$ `5 ~
DB1P1
" ]! S( o* _: {+ b' a& c- g
DAC_DA1" t+ V5 \0 G( @' Q2 S! |
V1
' Z8 s& C, h. G5 O$ H
dac_da[1]  \5 Q. a( G% m5 W
DB0P19 N9 ~' J$ x. S0 d1 `
DAC_DA0
" [$ @1 {) \' m  K$ {( y# @; a9 Y) s
U2
, ~: y# @" k# g! \- t: z! v- p
dac_da[0]7 N( `& A4 t  ]8 @. x% q
CLK2! n5 x' V& ^  I' R
DA_CLKB3 e2 u8 T1 r* c: E5 W2 ~* t
R1
$ s: C* k4 _" A& w8 b( ?: D

. A/ b4 x2 ?: ?9 s
WRT2
: `0 }) J% y# _' n$ ]
DA_WRB
5 X4 N4 K  K' Z, u, i/ L  B- K7 s
P29 h6 q; V9 \7 D# ^) i- _) H, N' e$ b
2 g0 z1 u4 ]6 i) K" t
DB7P26 ]7 w2 V4 n$ ~* N
DAC_DB7/ g7 P! n4 g+ x6 z7 X
P15 L$ o+ S' p: B  \# d
" d. _! [3 i) L1 I/ ?% o  i
DB6P29 d; h! q( y: Y* q
DAC_DB6
! K' K% b' ^+ n$ u) f- |
N2
4 I( o% Z& Y' K/ v

" S) V5 y; v( ^
DB5P2# V. c, J$ D! H- ^9 d7 ?, C
DAC_DB5! M' d2 [4 @& E! V! [
N19 a* r+ X$ K/ S/ B
8 z" l- k; F- m
DB4P2
, i& R- T1 X$ f$ \7 W! L, I- z  ~
DAC_DB4% H( l' Z! H/ \6 x. l2 A
M2
. J" b3 R$ |$ k0 x1 N3 c. {+ R0 j

* `5 I) o4 g" l% V1 G
DB3P2
# I: S7 v2 X8 d& ?* ^
DAC_DB3; W% g2 x. _; {5 A6 u
M1+ A8 W  G0 F! s( F: k  Q" ?. D# |4 a

: \( e7 a9 m0 a4 W% i4 X/ ?
DB2P2' a6 X& `* B: y, y; D
DAC_DB2: X: N4 V: r+ y3 M8 x6 W
J1
8 e5 n& _5 ^* p2 {

6 B. D7 u5 z( V9 e# a0 `' t
DB1P2
, S5 h4 H( X: q$ `' P" h, `
DAC_DB1) A& e1 i2 h. ?8 a. m% t7 a6 T$ }
J2) |8 v  O' X; u4 z( V9 \4 j5 A; i7 t6 c

* C5 ]. G' N7 d6 k. v# _( Q
DB0P2
. K4 O$ C: G5 r: @6 j3 v
DAC_DB0
. H7 a2 |- L1 F% L. D
H1. W" c( Z9 M' |% w
) ?. ?' P# ~/ P% r: A7 {
X1
8 t8 c9 Y/ {* W
6 [7 e! T' j) W% L2 H
SYS_CLK
5 E- X8 Q6 w# S) F" k
G1
1 l; j" l0 a  p7 A5 c/ G; u: J
clk+ M! t! K+ g7 [# P
K1. u8 [# r8 |2 M" x
- L# W- u; W8 ]
SYS_RST9 u8 g# j* g. o3 _& H! g
AB12( J! y7 j0 u+ i" ~
rst_n9 j) g0 e; o; [( v& ?) S9 G& D& y
将module的名称定义为dds_da,代码如下:
1( s+ U/ ^  g9 [
2% F2 ~# \8 t3 w
3
" A$ [  F6 i# X9 ]% @, n9 K" K. D" E4
5 z1 }4 N5 |3 Y; k* Z0 J( L54 \( L$ l! g1 q# i: o$ I3 \
6
9 u. H& E0 Z( z8 |4 u0 Q" L4 T% r7
- d' [  |. V: h" p! [8; J' b( `) u" Q" Y1 x. |
9
& Z) Y" q  Y; O) a5 w- _9 f
moduledds_da(
( @* ]  T. r7 H) Iclk       ,3 Q! d3 O4 i2 j' p& `5 p
rst_n     ,
$ P' \+ o: R7 W1 y" o; kdac_mode ,$ p1 P7 z* r' a9 s% b0 Z! I
dac_clka  ,5 e0 Q: s3 |+ D! @% q3 O* v
dac_da   ,
5 w$ K' K, d6 _2 G2 Cdac_wra  ,
; S. V5 W1 @0 Z/ R; Z, N  g6 q/ g! Ldac_sleep( d6 q* Z0 ?  t1 S! y) b
);+ l# S# B, |5 @" ?* F$ k/ x+ \

8 m9 |6 O7 P3 {& B& t
其中clk、rst_n是1位的输入信号,dac_da是8位的输出信号,dac_mode,dac_clka,dac_wra,dac_sleep是一位输出信号。
1( e5 q: r# g7 X' g  E
2
. \1 \  U3 H& @3
: M3 S9 z* _' m' {4
3 Z0 }: I* |, X7 D/ r% T) z: [5) z& N- P6 W& @6 \2 w8 p0 D8 |+ Q
6
9 U# Y; {1 F" V. e+ f; N1 i7
& t6 C1 J8 ?. Q( S
input             clk        ;
& b$ x8 n. k2 |3 G: ?. J; tinput             rst_n      ;
4 s/ Z' T: r+ @% j7 ioutput            dac_mode ;0 r, R" n* |, f$ E
output            dac_clka  ;
2 `8 c2 I9 Z9 U: Youtput [ 8-1:0]    dac_da    ;
9 l( X0 h, A; u$ k" Soutput            dac_wra   ;
. F* J- D2 G# {2 |1 f5 g7 foutput            dac_sleep ;2 ^8 c1 F0 q. X& V/ L" {$ M
, b' V5 y8 H4 c' r7 g" }/ y
\dds_da。在该目录中,新建一个名为dds_da.v的文件,并用GVIM打开,开始编写代码。
我们要实现的功能,概括起来就是FPGA产生控制AD9709,让其中的通道A产生正弦波所对应的电压。为了控制AD9709的通道A,就需要控制AD9709的MODE、SLEEP、CLK1、WRT1、DB7~0P1管脚。根据设计目标的要求,整个工程需要以下信号:
1.使用clk连接到晶振,表示50M时钟的输入。
2.使用rst_n连接到按键,表示复位信号。
3.使用dac_mode信号连接到AD9709的MODE管脚,用来控制其工作模式。
4.使用dac_sleep信号连接到AD9709的SLEEP管脚,用来控制其睡眠模式。
5.使用dac_clka信号连接到AD9709的CLK1管脚,用来控制通道A的时钟。
6.使用dac_wra信号连接到AD9709的WRT1管脚,用来控制通道A的写使能。
7.使用8位信号dac_da连接到AD9709的DB7~0P1管脚,用来控制通道A的写数据。
综上所述,我们这个工程需要7个信号,时钟clk,复位rst_n,dac_mode、dac_sleep、dac_clka、dac_wra和dac_da,其中dac_da是8位信号,其他都是1位信号。下面表格表示了硬件电路图的连接关系。
器件
/ z' r3 P& P- z% s: d7 e3 K
AD9709管脚
9 k# [! t5 D' g) A/ ]
原理图信号1 A. c0 j: u5 |! n' A$ j0 L+ W, n
FPGA管脚2 c2 |* H; A% L& Z9 @  U8 ?# e
FPGA工程信号4 d) [3 \( G2 W: x3 e+ e
U8
8 U. v9 j2 N+ m. j$ @( t; ?
MODE
' ?4 o; @6 v/ S( b0 x% `! L7 I, I# }/ V
DAC_MODE6 u6 P! @" D/ C0 C
Y4
& A1 f( W) @( V; d9 A# w  Q" Q
dac_mode
4 s+ r6 a# D- y% p, X
SLEEP
' p* v& S5 u* H: L* b  S0 O
DAC_SLEEP
% h% c8 v: {  M/ V1 m* p
H2( `# L7 j1 r6 v: B. @
dac_sleep
9 _: N4 M2 C* Z/ W5 M9 y
CLK1
( J2 D* |' @$ z' M$ {% g+ x
DA_CLKA
) U% [+ G* h" R$ ~+ R: c6 w( ?
R2
/ Z$ X5 r+ d, A- {# n" F
dac_clka
2 p+ N* i2 S; p+ R: u( s" `  M
WRT1
. C' x* k! ^1 f: Z
DA_WRA: \0 s& k) W. {. X
U1
7 ?: ~4 Q! L/ W' j
dac_wra0 f6 f0 S/ u+ h+ z
DB7P1
8 Z5 L0 l" L% k1 A
DAC_DA7. y& t, |% X2 h  @* o
AA1
. G0 ^6 V0 Z, K9 i2 u0 p5 \
dac_da[7]  E7 F& N# t! l4 h% P9 \
DB6P1
+ [; ~, f! Z2 c: x) K% T* M4 g
DAC_DA62 Q% J2 C* h" d
Y26 e& O( X+ R, C9 W
dac_da[6]* t7 P" T" J. |4 y( ]
DB5P12 Q9 ~. M# F8 O& }& _
DAC_DA5
0 D/ N& r# h! L
Y11 d+ _4 q. G# S& T2 O: Y
dac_da[5]4 b: e6 g; m* k3 ]% j
DB4P18 [0 E3 @. \% n' k6 o3 q$ {
DAC_DA4
5 x2 N! k; u" a$ x! l
W2
; e! j, G- M+ Q' H' x+ l- c: g0 F, ?0 n
dac_da[4]  Z; y0 x0 Q: ~& q" ~1 x
DB3P19 W* e$ T1 B) k% j/ d5 ?
DAC_DA3
. ~8 m/ H* R% k: a
W1
4 k( K; g% @- ^
dac_da[3]
6 a3 d7 v, k* F6 F9 n
DB2P1
/ i+ I4 I: p( x3 O3 G! ^3 N
DAC_DA2
7 Q# p3 v1 c7 W2 l# P& a0 r6 _& Y
V2
; G* E2 k" A1 T- R2 u" G
dac_da[2], z; H/ J5 V( ]8 k
DB1P19 a& \7 `+ q1 Y6 n2 s# t4 i
DAC_DA1
& V7 p3 d1 a+ ^  m& L" a7 d
V15 U/ N! ?) r6 {( z- S/ ?+ K
dac_da[1]
. v1 z  f! ~; y9 o, P
DB0P14 x4 f: {* g. A4 r
DAC_DA0
; v' i; |& ?% D5 _( Q9 [. h. ]
U2
2 [" k5 b! U7 n+ Q5 M8 r; U
dac_da[0]$ N7 l  X& A6 B- |
CLK22 V9 e4 N8 i2 r1 A" f: T
DA_CLKB
6 p- N4 f- I9 K, m1 e. V5 ~' k
R1
  a' c; b2 ]0 k* [4 k/ s( W
2 U& M' n1 o8 q* j2 [
WRT26 a4 S7 v( J8 W+ v! [  C  J( L
DA_WRB% q6 W" A- l* [6 v! R
P2
4 O9 S/ |4 E3 C% A1 L
% p( p" `# y- y1 k! y
DB7P20 w5 I: ]6 B4 z! y
DAC_DB7
# U* w, _2 z$ o* d8 M' [9 Y. h, I
P1- L; N" G/ V; ?6 z1 _# b
$ C  \: D6 E. Z* L3 t+ N
DB6P2
( J# Q  v9 T( j+ u' b
DAC_DB6, C$ c5 w* H* L( {2 {  _# X3 {
N20 i  }7 t- Z( D) m, F8 Z0 e: Z1 x

+ i4 `( m1 S8 j  f7 ^
DB5P2  b5 y" [7 N3 G; o: O5 @1 i
DAC_DB5
! ~' O! Y- r3 _/ C7 m: G
N1& w; U( y( Y0 s1 i$ n. m) v

8 @, B, Q2 [% q& C" l
DB4P24 q: s4 T4 r; {' ]  }
DAC_DB4
, q0 j( ]( s5 `% o
M2. H# `( q2 B& J# B0 u) r
* ]. `6 C) g6 }: r( ]0 H
DB3P2: X4 E1 j3 @! x) c4 U" r
DAC_DB3
. z/ p. E/ f5 {9 q2 ]7 F
M1
- |7 c% Y4 E2 ~6 b* G  F1 ?
' Y9 k' x" x" K* [+ h
DB2P2
& W% e$ H$ [5 f. S1 R. M
DAC_DB20 i# T' [; m& }$ b
J1
1 _1 ~, j; V% U6 E
: I* I( p' ], P4 S0 `3 _
DB1P2: p+ b9 K, m! ~- ~# o3 N5 W/ h
DAC_DB1
8 L7 B  N% G2 z; v* n  o
J2
" |# j/ \6 C. d; e

6 }: s8 {/ Z( M3 ?; b
DB0P2
" q* }4 G  t$ e/ r) j( F
DAC_DB0
) P* H- O4 ?0 I. U+ d% _. [# P
H1
/ Z% q7 O+ Z- ~1 [. L" }
7 s. s% g* n8 Q+ V& `/ I
X1, c# \# V- D) ^* F; l* x! b, `
' z+ t3 `/ R8 l* s
SYS_CLK
/ y3 P  z! w8 J- P' k' ^. z5 b+ \  `
G1
  [; n* A; `9 r" L
clk
( e) X* Z- T% t" }
K1
  x, ~+ P1 h9 L. z9 S$ h
' T0 W* f& x5 `+ O7 j. k5 p# A/ O
SYS_RST
/ k$ a6 D4 s  \. n* `" L
AB12! ^7 w' V& B# d7 j, G* |& S/ R8 B
rst_n( |0 ?1 ^  m0 J7 i* m. @
将module的名称定义为dds_da,代码如下:
1$ p- e: W' G) f/ N# T3 }! Y, o1 d
2- ?$ N7 z. G/ I
3% K* s# D  X; b6 R! S$ o8 S! X' A
43 ~* x/ m7 t7 N
5
# X- A! T" l5 r. V5 I5 e6
: Y! |" {. Q" q" _7
* t1 U8 A2 a  U8
* {4 n: o! \# ^: W9- d4 ^% t' B& l8 N. d. `
moduledds_da(
+ p3 G$ C) X. l6 b1 ~* w+ pclk       ,
# C+ c! N3 j  m4 S. M- Frst_n     ,8 C* H, g- E( O
dac_mode ,
1 P+ Z! Q0 }; C3 @9 ]1 _; w5 p: M4 Qdac_clka  ,
- a- p- _9 r& b4 \( Jdac_da   ,+ s/ S1 l+ N, N! H
dac_wra  ,) o  l1 N; S8 E, @6 L: a  c) g
dac_sleep
( s- f6 ?& k' q4 m/ J);& s/ i. I+ _- G- K

7 r! E0 [/ f9 [& A6 K
其中clk、rst_n是1位的输入信号,dac_da是8位的输出信号,dac_mode,dac_clka,dac_wra,dac_sleep是一位输出信号。
1
, j: U! C8 U8 M# M: }8 V2
+ h) B3 t$ F$ _6 f8 ~3* _& `, E8 \: i- ~5 @2 _
4& P; e$ b0 X6 e
5
' c& `! x3 o& r+ Y: a6/ x5 K- x5 Y% M, d3 t1 j
7
1 y( c9 c/ w! ~4 @  }4 y
input             clk        ;' \% C6 G9 B' O+ c3 T) s
input             rst_n      ;
1 J" N8 r% p, M9 [output            dac_mode ;0 j. S7 {: P' _1 U
output            dac_clka  ;6 i+ e; F: `/ t9 y" k; m
output [ 8-1:0]    dac_da    ;. E* {# [! B/ G" E
output            dac_wra   ;5 J9 J& |# G- f2 W
output            dac_sleep ;1 M8 `3 X+ ?+ R: ]0 |/ w! {4 i
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