DAC0832接口电路及程序设计.doc

附件1：

学 号：
0121109320507

课 程 设 计

题 目
DAC0832接口电路
及程序设计
学 院
信息工程学院
专 业
通信工程
班 级
信息sy1101
姓 名
芦启超
指导教师
陈适

2014年 6月18日

课程设计任务书
学生姓名： 芦启超 专业班级： 信息sy1101
指导教师： 陈适 工作单位： 信息工程学院
题 目： DAC0832接口电路及程序设计
初始条件：
（1） Quartus II、ISE 等软件；
（2）课程设计辅导书：《Xilinx FPGA 设计与实践教程》
（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、通信原理

主要任务:
（1）掌握DAC0832接口电路及程序设计的基本原理；
（2）掌握仿真软件Quartus II的使用方法；
（3）完成对DAC0832接口电路设计，并对仿真结果进行分析。

时间安排:
（1）2014 年6月11日--2014 年6月18日理论设计、仿真设计
地点：鉴主13 楼通信工程综合实验室、鉴主15 楼通信工程实验室。
（2）2014 年6 月18 日进行理论答辩。

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 基本原理 1
1.1 系统背景 1
1.2 FPGA最小系统简介 1
1.3 DAC0832简介 2
1.4 DAC0832 接口电路设计 2
1.5 DAC0832 接口电路程序设计 3
1.5.1 DAC0832 时序 3
1.5.2 DAC0832接口电路输出控制程序 4

2 仿真结果与分析 7
2.1 关于 Quartus II 软件 7
2.1.1 Quartus II 的优点 7
2.1.2 Quartus II 对器件的支持 7
2.1.3 Quartus II 对第三方 EDA 工具的支持 8
2.2 输出仿真结果 8
3 结论 10
总结与体会 11
参考文献 12

摘 要
本次课程设计是使用Quartus ii 进行仿真，基于VHDL硬件描述语言，完成了DAC0832接口电路及程序的设计。DAC0832是采用CMOS/Si-Cr工艺实现的8位D/A转换器。该芯片包含8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器，可以实现D/A转换。
本次课程设计主要研究的是VHDL语言，尝试DAC0832接口电路的设计与仿真，学会Quartus ii 的基本使用，加强对FPGA的理解。

关键词：DAC0832；VHDL；Quartus ii

Abstract
The curriculum design use Quartus ii to simulate, which is based on the VHDL hardware description language and complete the design of DAC0832 interface circuit and program. DAC0832 is a 8 bit D/A converter with CMOS/Si-Cr technology. The chip contains 8 bit input register, a 8 bit DAC register, a 8 bit D/A converter, can realize D/A conversion.
Study design this course is the VHDL language, try to design and Simulation of the DAC0832 interface circuit, learn how to use Quartus ii basicly, strengthen the understanding of FPGA.
Key Words：DAC0832；VHDL；Quartus ii
1 基本原理
1.1 系统背景
现场可编程逻辑门阵列FPGA，与PAL、GAL器件相比，他的优点是可以实时地对外加或内置得RAM或PROM编程，实施地改变迄今功能，实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置（基于RAM型）。是科学试验、演技研制、小批量产品生产的最佳选择其间。自上世纪70年代单片机问世以来，它以其体积小、控制功能齐全、价格低廉等特点赢得了广泛的好评与应用。由单片机构成的应用系统有有体积小、功耗低控制功能强的特点，它用利于产品的小型化、多功能化和智能化，还有助与提高仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积与重量，便于携带与使用，降低成本，增强抗干扰能力，便于增加显示、报警和诊断功能。因而许多现代仪器仪表都用到了FPGA
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个D/A芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。
1.2 FPGA最小系统简介
图1.1 FPGA最小系统

FPGA最小系统是可以使FPGA正常工作的最简单的系统。它的外 围电路尽量最少，只包括FPGA必要的控制电路。
一般所说的FPGA的最小系统主要包括：FPGA芯片、下载电路、外部时钟、复位电路和电源。如果需要使用NIOS II软嵌入式处理器还要包括：SDRAM和Flash。一般以上这些组件是FPGA最小系统的组成部分 。如图1.1所示。
8
位
输
入
寄
存
器
8
位
D/A
寄
存
器
8
位
D/A
转
换
器
&
&
&
D7~
D0
ILE
CS
WR1
WR2
XFER
VREF
IOUT2
IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
LE1
LE1
1.3 DAC0832简介

图1.2 DAC0832内部结构图

DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图： D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。其内部结构如图1.2所示。
1.4 DAC0832 接口电路设计
DAC0832中有两级锁存器，第一级即输入寄存器，第二级即DAC寄存器，可以工作在双缓冲方式下。 其接口电路如图1.3所示：

图1.3 FPGA与DAC0832接口电路原理图
FPGA_IO1~8向DAC0832的数据输入口（DI0~DI7）输送数据。
FPGA_IO9提供DAC0832数据锁存允许控制信号ILE，高电平有效。
FPGA_IO10提供DAC0832控制信号（CS：片选信号；Xfer：数据传输控制信号；WR1、WR2：DAC寄存器写选通信号），低电平有效。
Iout1、Iout2、Rfb与运算放大器LM324完成电流/电压的转换（DAC0832属电流输出型）。
1.5 DAC0832 接口电路程序设计
1.5.1 DAC0832 时序
根据DAC0832 输出控制时序，利用接口电路图，通过改变输出数据设计一个锯齿波发生器。DAC0832是8位的D/A转换器，转换周期为1μs。锯齿波形数据可以由256个点构成，每个点的数据长度为8位。又因为FPGA的系统时钟为50MHz，必须对其进行分频处理,这里进行64分频，得到的锯齿波的频率为762.9Hz。图1.4为DAC0832 输出控制时序图。

图1.4 DAC0832 输出控制时序图

1.5.2 DAC0832接口电路输出控制程序
DAC0832 接口电路程序如下：
--文件名：DAC0832VHD
--功能：产生频率为762.9Hz的锯齿波。
--最后修改日期：2014.6.15
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
entity DAC0832 is
port(clk:in std_logic; --系统时钟
rst:in std_logic; --复位信号

ile:out std_logic; --数据锁存允许信号
cont:out std_logic; --控制信号（WR1、WR2、CS、Xfer）
data_out:out std_logic_vector(7 downto 0)); --波形数据输出
end DAC0832;

architecture behav of DAC0832 is
signal q:integer range 0 to 63; --计数器
signal data:std_logic_vector(7 downto 0); --波形数据
Begin
process(clk)

begin
if rst='1' then q<=0; --复位，对计数器q清零
elsif clk'event and clk='1' then
if q=63 then q<=0; --此IF语句对系统时钟进行64分频
if data="11111111" then data<="00000000";
--此IF语句产生锯齿波波形数据
else data<=data+1;
end if;
else q<=q+1;
end if;
end if;
end process;
ile<='1';cont<='0';data_out<=data; --ile、cont赋值；波形数据输出；
end behav;

2 仿真结果与分析
2.1 关于 Quartus II 软件
Max+plus II 作为 Altera 的上一代 PLD 设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前 Altera 已经停止了对 Max+plus II 的更新支持。Quartus II 是 Altera公司继 Max+plus II 之后开发的一种针对其公司生产的系列 CPLD/PGFA 器件的综合性开发软件，它的版本不断升级，从 4.0 版到 10.0 版，这里介绍的是 Quartus II 8.0 版，该软件有如下几个显著的特点：
2.1.1 Quartus II 的优点
该软件界面友好，使用便捷，功能强大，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境，是先进的 EDA 工具软件。该软件具有开放性、与结构无关、多平台、完全集成化、丰富的设计库、模块化工具等特点，支持原理图、VHDL、VerilogHDL 以及 AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整 PLD 设计流程。 Quartus II 可以在 XP、Linux 以及 Unix 上使用，除了可以使用 Tcl 脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。
2.1.2 Quartus II 对器件的支持
Quartus II 支持 Altera 公司的 MAX 3000A 系列、MAX 7000 系列、MAX 9000 系列、ACEX 1K系列APEX 20K系列、APEX II系列、FLEX 6000系列、FLEX 10K系列，支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件。支持 MAX II CPLD 系列、Cyclone 系列、Cyclone II、Stratix II 系列、Stratix GX 系列等。支持 IP 核，包含了 LPM/MegaFunction 宏功能模块库，用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。此外，Quartus II 通过和 DSP Builder 工具与 Matlab/Simulink 相结合，可以方便地实现各种 DSP 应用系统；支持 Altera
的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。
2.1.3 Quartus II 对第三方 EDA 工具的支持
对第三方 EDA 工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三放EDA 工具。 Altera 的 Quartus II 可编程逻辑软件属于第四代 PLD 开发平台。该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于 Internet 的协作设计。Quartus 平台与 Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys 和 Synplicity 等 EDA 供应商的开发工具相兼容。改进了软件的 LogicLock 模块设计功能，增添 了 FastFit 编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。
用户首先对所做项目进行设计，明确设计目的，设计要求。然后利用原理图输入方式或程序输入方式进行设计输入。输入完成后进行编译，若编译过程中发现错误，则应检查设计输入以修改错误，直至没有错误产生。编译完成后进行仿真，检查是否达到设计要求，若未到达要求，需重新检查设计输入及编译过程，不断迭代，收敛直至满足设计要求。最后将设计配置到目标器件中进行硬件验证与测试。为设计者提供了完善的设计环境，适于模块的层次化设计方法。
2.2 输出仿真结果
输出波形如图2.1所示：

图2.1 输出波形图
数据流分析结果如图2.2所示：

由仿真结果我们可以看出，，复位后计数器q在每个时钟周期计数一次，基本基本达到设计要求。由此可见，我们的仿真是正确的。

3 结论
FPGA与DAC的结合使得D/A转换的效率大大提高，还可以运用到多个方面。本文基于FPGA实现DAC0832的接口电路，更加深入的了解了两种芯片的功能。在实际运用中，可以将DAC部分集成到一块芯片上，这样即提高了 FPGA 内部结构的利用率，又可以降低系统的成本。
而且，通过本次课程设计，我了解的FPGA与DAC0832接口电路的功能，认识到可以将其推广到更多的地方比如基于FPGA和DAC0832的数字滤波器和程控放大器等等。这说明了本电路的基础性和广泛的运用性。通过这次设计让我受益匪浅。
总结与体会
这次的课程设计主要是让我们学习使用 Quartus ii ，利用 VHDL 语言来实现 MFSK的设计和仿真。经过这次课程设计，我更进一步的加强了对 FPGA 的认识，学会了对 VHDL 语言的基本运用，加深了对 MFSK 的理解，发现了他的神奇。一开始，我从最基本的 VHDL 语言学起，一步一步逐渐学会 Quartus ii的应用。经过查阅了相关资料，慢慢的学会了 DAC0832电路的设计，大大提升了我们对 FPGA 的兴趣。我觉得通过这次课设之后我发现 FPGA 强大的功能，决定继续深入的学习这个软件。

参考文献
[1]VHDL数字电路设计教程/（巴西）佩德罗尼著；乔卢峰译./北京：电子工业出版社，2013.1
[2]电子设计自动化应用技术—FPGA应用篇/路而红主编./北京：高等教育出版社，2009.11
[3]张学平，王应生等.基于 FPGA 的 OQPSK 解调器的设计与实现[J].微计算机信 息，2006,4-2：155-157
[4]黄智伟， FPGA 系统设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2005
[5]董在望，通信电路原理[M].北京：高等教育出版社，2002 [4]侯伯亨顾新. VHDL 硬件描述语言与数字逻辑电路设计. [M].西安. 西安电子 科技大学出版社，1999

本科生课程设计成绩评定表
姓 名
芦启超
性 别
男
专业、班级
信息sy1101班
课程设计题目：DAC0832接口电路及程序设计
课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年 月 日