基于FPGA的多路正弦波信號發(fā)生器專用芯片設計
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2.4 DDS模塊
DDS模塊也是Opencores上的開源IP軟核，沒有標準的Wishbone接口模塊，本設計為DDS模塊添加了1個Wishbone總線接口。該DDS模塊主要有兩類配置數據：頻率控制字和相位控制字。給DDS模塊加入2個硬件寄存器DDS_FTW和DDS_PHASE，利用這2個寄存器來控制連接到Wishbone總線接口上的輸出數據是頻率控制字還是相位控制字。
2.5 UART控制器模塊
UART控制器模塊是Opencores上符合工業(yè)標準16550A的開源IP核。該IP核的設計采用Wishbone總線接口規(guī)范，支持可選擇的32位數據模式和8位數據模式；使用FIFO操作實現(xiàn)，寄存器及所實現(xiàn)的具體功能符合NS16550A標準[4]。在本設計中，UART控制器的波特率默認值為9 600 b/s，UART控制器模塊用于與專用芯片外部UART串口通信，通過URXD引腳接收外部串口數據，通過UTXD向外部串口發(fā)送數據。
2.6 Wishbone總線主從設備分配
Wishbone總線仲裁采用Opencores上開源軟核wb_conmax，為8×16結構，即在該Wishbone總線模塊中可以使用8個主設備和16個從設備[5]。本系統(tǒng)中，OR1200的指令和數據單元為Wishbone總線的主設備；片內RAM模塊、URAT控制器模塊以及3個DDS模塊為Wishbone總線的從設備。
根據各子模塊在Wishbone總線上的位置和wb_conmax的邏輯實現(xiàn)，相應從設備的地址分配如下：
片內RAM ： 0x00000000
DDS1 ： 0x10000000
DDS2 ： 0x20000000
DDS3 ： 0x30000000
UART ： 0x90000000
2.7 頂層模塊設計
本系統(tǒng)頂層模塊例化各子模塊，采用Wishbone總線接口技術將各個子模塊集成在一起，為每個子模塊分配時鐘和復位信號，實現(xiàn)硬件平臺的總體設計。設計中所用FPGA開發(fā)板的時鐘為50 MHz，OR1200處理器時鐘為25 MHz，Wishbone總線時鐘為25 MHz，3個DDS模塊時鐘為100 MHz。其他模塊的時鐘都為25 MHz，設計中所用時鐘都是通過FPGA芯片中的PLL分頻及倍頻實現(xiàn)的。正弦波專用芯片的時鐘設為各模塊時鐘的最小值(25 MHz)，3個DDS模塊的100 MHz時鐘通過PLL倍頻實現(xiàn)。各模塊的復位信號由頂層模塊統(tǒng)一分配。
3 專用芯片固化程序設計
正弦波信號發(fā)生器專用芯片的固化程序主要包括UART控制器初始化程序和串口數據處理程序兩部分：UART控制器初始化程序初始化UART控制器中的各個寄存器，使該控制器能夠正常工作。串口數據處理程序采用查詢方式接收串口數據，將接收到的數據賦給相應寄存器變量，根據式(1)和式(2)進行計算，得到3路DDS模塊的頻率控制字和相位控制字，其固化程序流程圖如圖3所示。固化程序首先初始化OR1200處理器的各個寄存器，然后對UART控制器進行初始化，最后循環(huán)處理串口數據。本文引用地址：http://2s4d.com/article/188197.htm
3.1 UART控制器初始化程序
UART控制器中的寄存器都是8位或16位，通過對UART控制器的寄存器賦值來初始化UART控制器。上電復位后UART控制器的初始化工作包括：
(1)清空接收和發(fā)送FIFO。
(2)清零接收和發(fā)送移位寄存器。
(3)關閉中斷。
(4)設置Line控制寄存器為8個數據位、1個停止位、無奇偶校驗的通信模式。
(5)讀取Line控制寄存器的值，將其最高位置1，允許Divisor鎖存器存取；通過設置Divisor鎖存器的值設置波特率為9 600 b/s；將LCR賦回原值。
3.2 串口數據處理程序
正弦波信號發(fā)生器專用芯片從外部串口接收到的數據分為3類：相位、頻率選擇信號，相位或頻率值，3路正弦波選擇信號。固化程序定義了1個32位的數據寄存器變量和1個8位狀態(tài)寄存器變量。串口數據處理程序采用查詢方式接收串口數據，接收到的前4個數據進行相應轉換后賦給數據寄存器變量，第5個數據放入狀態(tài)寄存器變量中，作為相位信號、頻率選擇信號和3路正弦波選擇信號。若為相位信號，則將數據寄存器變量中的數據與0x3ff相“與”，然后根據式(2)得到相位控制字；若為頻率信號，則根據式(1)得到頻率控制字。最后根據這個信號將數據寄存器變量中的值送入相應的DDS模塊硬件寄存器中(DDS_FTW和DDS_PHASE)。
在FPGA上實現(xiàn)了一個多路正弦波信號發(fā)生器專用芯片的設計。本設計在友晶公司的DE2-70開發(fā)板上進行了驗證，使用開發(fā)板上3路10位視頻數字信號轉模擬信號的控制芯片ADV7123作為D/A轉換芯片，最后得到3路頻率相位可調的正弦波信號。該正弦波信號發(fā)生器專用芯片通過串口控制，而未來的設計中可以擴展數字按鍵控制或者觸摸屏控制，不使用外部主控MCU也可以產生特定頻率相位的正弦波信號。
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