基于FPGA的多路正弦波信號發(fā)生器專用芯片設(shè)計
2.4 DDS模塊
DDS模塊也是Opencores上的開源IP軟核,沒有標(biāo)準(zhǔn)的Wishbone接口模塊,本設(shè)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(shù)據(jù):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(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)16550A的開源IP核。該IP核的設(shè)計采用Wishbone總線接口規(guī)范,支持可選擇的32位數(shù)據(jù)模式和8位數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)[4]。在本設(shè)計中,UART控制器的波特率默認(rèn)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(shù)據(jù),通過UTXD向外部串口發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.6 Wishbone總線主從設(shè)備分配
Wishbone總線仲裁采用Opencores上開源軟核wb_conmax,為8×16結(jié)構(gòu),即在該Wishbone總線模塊中可以使用8個主設(shè)備和16個從設(shè)備[5]。本系統(tǒng)中,OR1200的指令和數(shù)據(jù)單元為Wishbone總線的主設(shè)備;片內(nèi)RAM模塊、URAT控制器模塊以及3個DDS模塊為Wishbone總線的從設(shè)備。
根據(jù)各子模塊在Wishbone總線上的位置和wb_conmax的邏輯實現(xiàn),相應(yīng)從設(shè)備的地址分配如下:
片內(nèi)RAM : 0x00000000
DDS1 : 0x10000000
DDS2 : 0x20000000
DDS3 : 0x30000000
UART : 0x90000000
2.7 頂層模塊設(shè)計
本系統(tǒng)頂層模塊例化各子模塊,采用Wishbone總線接口技術(shù)將各個子模塊集成在一起,為每個子模塊分配時鐘和復(fù)位信號,實現(xiàn)硬件平臺的總體設(shè)計。設(shè)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(shè)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(shè)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(fù)位信號由頂層模塊統(tǒng)一分配。
3 專用芯片固化程序設(shè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理程序采用查詢方式接收串口數(shù)據(jù),將接收到的數(shù)據(jù)賦給相應(yīng)寄存器變量,根據(jù)式(1)和式(2)進(jìn)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(jìn)行初始化,最后循環(huán)處理串口數(shù)據(jù)。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(fù)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(guān)閉中斷。
(4)設(shè)置Line控制寄存器為8個數(shù)據(jù)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?。煌ㄟ^設(shè)置Divisor鎖存器的值設(shè)置波特率為9 600 b/s;將LCR賦回原值。
3.2 串口數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)寄存器變量和1個8位狀態(tài)寄存器變量。串口數(shù)據(jù)處理程序采用查詢方式接收串口數(shù)據(jù),接收到的前4個數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換后賦給數(shù)據(jù)寄存器變量,第5個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)寄存器變量中的數(shù)據(jù)與0x3ff相“與”,然后根據(jù)式(2)得到相位控制字;若為頻率信號,則根據(jù)式(1)得到頻率控制字。最后根據(jù)這個信號將數(shù)據(jù)寄存器變量中的值送入相應(yīng)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(shè)計。本設(shè)計在友晶公司的DE2-70開發(fā)板上進(jìn)行了驗證,使用開發(fā)板上3路10位視頻數(shù)字信號轉(zhuǎn)模擬信號的控制芯片ADV7123作為D/A轉(zhuǎn)換芯片,最后得到3路頻率相位可調(diào)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(shè)計中可以擴展數(shù)字按鍵控制或者觸摸屏控制,不使用外部主控MCU也可以產(chǎn)生特定頻率相位的正弦波信號。
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