EDA技术与SOPC基础实验指导书VR1SR16100K4RPR220UPIN125100H6C6PIN120T104104RPR220GNDND图7.2RPR220电路原理图从内部结构和电路原理图中可以得到该元件的工作特性：要想该元件能正常工作，首先必须保证发射管能发出红外光，此时必须从FPGA管脚输入低电平：其次当有物体靠近时，接收器能接收到反射回来的红外光，从而使三极管导通，这时会有一个低电平产生，即用低电平来表示探测出有物体，用高电平表示没有探测出物体。2.报警器电路结构optopr200soundOUTPUTNPUTbuzzerreceolkbuzzerreceoptoenen_outinst1OSclkINPIlighOUTPUTled[7.0]olk led[7..0]eninst2图7.2报警器电路顶层设计报警器电路设计总共由3个模块来组成，一个RPR220控制模块、声报警模块和光报警模块。其中RPR220是用来控制探测器正常工作和描述其工作特性：声报警模块主要是产生声音报警信号：光报警模块主要是实现了当需要报警时产生流水灯闪烁效果功能。22
EDA 技术与 SOPC 基础实验指导书 22 图 7.2 RPR220 电路原理图 从内部结构和电路原理图中可以得到该元件的工作特性：要想该元件能正常工作， 首先必须保证发射管能发出红外光，此时必须从 FPGA 管脚输入低电平；其次当有物体 靠近时，接收器能接收到反射回来的红外光，从而使三极管导通，这时会有一个低电 平产生，即用低电平来表示探测出有物体，用高电平表示没有探测出物体。 2. 报警器电路结构 图 7.2 报警器电路顶层设计 报警器电路设计总共由 3 个模块来组成，一个 RPR220 控制模块、声报警模块和光 报警模块。其中 RPR220 是用来控制探测器正常工作和描述其工作特性；声报警模块主 要是产生声音报警信号；光报警模块主要是实现了当需要报警时产生流水灯闪烁效果 功能
EDA技术与SOPC基础实验指导书五、实验步骤1.首先利用VERILOGHDL完成三个底层功能模块设计；2.建立项目工程，利用原理图设计输入方法调出底层模块实现顶层原理图的设计；3.综合，选择目标芯片，按照表7.1锁定引脚：4．下载，验证设计是否成功；表 7.1管脚分配表端口名FPGA管端口名管FPGARECEPIN_143ClkPIN_153OPTOPIN_158buzzerPIN132LED[0]PIN_38LED[4]PIN_43LED[1]PIN_39LED[5]PIN_45LED[2]PIN_41LED[6]PIN_44LED[3]PIN_42LED[7]PIN_4623
EDA 技术与 SOPC 基础实验指导书 23 五、实验步骤 1. 首先利用 VERILOG HDL 完成三个底层功能模块设计； 2. 建立项目工程，利用原理图设计输入方法调出底层模块实现顶层原理图的设 计； 3. 综合，选择目标芯片，按照表 7.1 锁定引脚； 4. 下载，验证设计是否成功； 表 7.1 管脚分配表 端口名 FPGA 管 脚号 端口名 FPGA 管 RECE PIN_143 Clk 脚号PIN_153 OPTO PIN_158 buzzer PIN_132 LED[0] PIN_38 LED[4] PIN_43 LED[1] PIN_39 LED[5] PIN_45 LED[2] PIN_41 LED[6] PIN_44 LED[3] PIN_42 LED[7] PIN_46
EDA技术与SOPC基础实验指导书实验 8正弦信号发生器设计一、实验目的◆熟练掌握宏功能模块（LPMROM）的使用方法◆学会SignalTapII嵌入式逻辑分析仪的使用方法：→体会In-SystemMemoryContentEditor工具的使用方法；二、实验设备PC机、QuartusII13.0开发软件、实验开发板。三、实验任务调用LPMROM宏功能模块实现数字直接合成正弦信号的设计，并能利用嵌入式逻辑分析仪完成对系统的仿真测试并能看到正弦波信号。利用工具In-SystemMemoryContentEditor来修改LPMROM中的存储数据，从而改变波形形状。四、实验原理正弦波信号是最常用的一种信号形式，应用非常广泛，本次实验主要采用宏功能模块和VERILOGHDL在FPGA上方便的实现了正弦波信号，其系统设计结构如图8.1所示。VHDL顶层设计6位计数器正弦波数8位D/A（地址发生器）据存储ROM波形数据输出图8.1DDS系统结构图在该图中，正弦信号发生器的结构由3部分组成：计数器或地址发生器（6位）、正弦信号数据ROM（6位地址线，8为数据线，含64个8位数据一个周期）和8位D/A。24
EDA 技术与 SOPC 基础实验指导书 24 实验 8 正弦信号发生器设计 一、实验目的 ◆ 熟练掌握宏功能模块（LPM_ROM）的使用方法； ◆ 学会 SignalTap II 嵌入式逻辑分析仪的使用方法； ◆ 体会 In-System Memory Content Editor 工具的使用方法； 二、实验设备 PC 机、Quartus II 13.0 开发软件、实验开发板。 三、实验任务 调用 LPM_ROM 宏功能模块实现数字直接合成正弦信号的设计，并能利用嵌入式逻 辑分析仪完成对系统的仿真测试并能看到正弦波信号。利用工具 In-System Memory Content Editor 来修改 LPM_ROM 中的存储数据，从而改变波形形状。 四、实验原理 正弦波信号是最常用的一种信号形式，应用非常广泛，本次实验主要采用宏功能 模块和 VERILOG HDL 在 FPGA 上方便的实现了正弦波信号，其系统设计结构如图 8.1 所示。 图 8.1 DDS 系统结构图 在该图中，正弦信号发生器的结构由 3 部分组成：计数器或地址发生器（6 位）、 正弦信号数据 ROM（6 位地址线，8 为数据线，含 64 个 8 位数据一个周期）和 8 位 D/A
EDA技术与SOPC基础实验指导书正弦信号波形产生原理：通过高速时钟信号向存有波形数据的ROM发出地址信号，从而将存储器中对应地址的波形数据读取出来，送入D/A模块，经转换后变为正弦波模拟信号。输出信号的频率由发出的地址信号的速度决定，即由基准时钟信号决定。当以固定的频率扫描输出地址时，对应的波形输出频率也是固定的。地址发生器的时钟CLK的输入频率fO与每周期的波形数据点数（在此选择64点），以及D/A输出的频率f的关系是：f=f0/64。由此可以看出，输出波形的频率是随输入端的频率c1k决定，要改变输出的正弦波信号的频率，只要改变输入端c1k的频率即可达到调节频率的目的。波形数据ROM可以由多种方式实现，如在FPGA片外接普通ROM，或由FPGA中的EAB模块实现（如利用LPMROM实现），也可以直接用VERILOGHDL描述ROM的逻辑结构实现。相比之下，第1种方式的存储容量最大，但速度最慢，第3种方式存储容量最小，但速度最快，第2种方式则兼顾了两方面的因素，达到了优化设计正弦波信号发生器。地址发生器则直接用一个6位计数器来实现。五、实验步骤1.定制ROM初始化数据文件要完成LPM_ROM模块定制，首先得创建用于初始化ROM存储器的波形文件，QuartusII可接受的LPMROM初始化数据文件格式有两种：memoryinitializationfile（.mif）格式和HexadecimalFile（.hex）格式。此处采用.mif文件格式，具体的操作如下所示：选择菜单【file】→【new】命令，单击otherfiles标签，选择memoryinitializationfile项，产生ROM数据文件大小选择窗。根据64点8位正弦数据的情况，选择ROM的数据数为64，数据宽取8位。单击OK出现空的mif数据表格，然后将波形数据填入表格中（如图8.2）。完成后，以romd.mif文件名保存。25
EDA 技术与 SOPC 基础实验指导书 25 正弦信号波形产生原理：通过高速时钟信号向存有波形数据的 ROM 发出地址信号， 从而将存储器中对应地址的波形数据读取出来，送入 D/A 模块，经转换后变为正弦波 模拟信号。 输出信号的频率由发出的地址信号的速度决定，即由基准时钟信号决定。当以固 定的频率扫描输出地址时，对应的波形输出频率也是固定的。地址发生器的时钟 CLK 的输入频率 f0 与每周期的波形数据点数（在此选择 64 点），以及 D/A 输出的频率 f 的关系是：f=f0/64。由此可以看出，输出波形的频率是随输入端的频率 clk 决定，要 改变输出的正弦波信号的频率，只要改变输入端 clk 的频率即可达到调节频率的目的。 波形数据 ROM 可以由多种方式实现，如在 FPGA 片外接普通 ROM，或由 FPGA 中的 EAB 模块实现（如利用 LPM_ROM 实现），也可以直接用 VERILOG HDL 描述 ROM 的逻辑 结构实现。相比之下，第 1 种方式的存储容量最大，但速度最慢，第 3 种方式存储容 量最小，但速度最快，第 2 种方式则兼顾了两方面的因素，达到了优化设计正弦波信 号发生器。 地址发生器则直接用一个 6 位计数器来实现。 五、实验步骤 1. 定制 ROM 初始化数据文件 要完成LPM_ROM模块定制，首先得创建用于初始化ROM存储器的波形文件，Quartus II 可接受的 LPM_ROM 初始化数据文件格式有两种：memory initialization file (.mif) 格式和 Hexadecimal File(.hex)格式。此处采用.mif 文件格式,具体的操作如下所示： 选择菜单【file】→【new】命令，单击 other files 标签，选择 memory initialization file 项，产生 ROM 数据文件大小选择窗。根据 64 点 8 位正弦数据的 情况，选择 ROM 的数据数为 64，数据宽取 8 位。单击 OK 出现空的 mif 数据表格，然 后将波形数据填入表格中（如图 8.2）。完成后，以 romd.mif 文件名保存
EDA技术与SOPC基础实验指导书9ROMD.mif+4+5Addr+1+2+3+6+7+0025425225524924523923322582172071971741621501371861612411299877564534324342619130410328D11413192634404353647587991121244813715016217418619720721756225233239245249255252254图8.2mif数据文件2.定制LPM_ROM利用MegawizardPlug-inManager定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将上面的波形数据加载于此ROM中。选择菜单【tools】→【megawizardplug-inmanager】命令，在出现的对话框中选择【createanewcustom】，单击【next】，产生图8.3所示对话框，如图设置。26
EDA 技术与 SOPC 基础实验指导书 26 图 8.2 mif 数据文件 2. 定制 LPM_ROM 利用 MegaWizard Plug-in Manager 定制正弦信号数据 ROM 宏功能块，并将上面的 波形数据加载于此 ROM 中。选择菜单【tools】→【megawizard plug-in manager】命 令，在出现的对话框中选择【create a new custom】，单击【next】，产生图 8.3 所示对话框，如图设置