正弦信号发生器的设计方法

另外，QuartusII中含有大量的功能强大的LPM宏功能模块，其中利用LPM_ROM可以方便地定制ROM。下面以一个正弦信号发生器的设计为例，介绍LPM_ROM的应用。

1.工作原理

正弦信号发生器的原理图如图5-31所示，其中，counter6是LPM计数器或地址发生器，data_rom是地址线为6位、数据线为8位的LPM只读存储器（ROM），用于存储正弦波一个周期的数据，这样正弦波一个周期含有64个波形数据。ROM中存储的正弦波数据，其地址由计数器counter6提供。counter6是一个6位加法计数器，在时钟clk的控制下计数器的输出q[5..0]由000000到111111循环变化，使ROM输出周期性的波形信号的数据。只要在输出端q[7..0]接上8位的D-A转换器，用示波器就可以观察到正弦波的波形。其中，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（在此为64点），以及D-A输出的频率的关系是f=f₀/64。

图5-31 正弦信号发生器的原理图

设计开始时，应首先为正弦信号发生器建立新的设计项目，本例的设计项目名为“singt”，新的项目建立后，在QuartusⅡ集成环境下，执行“File”菜单的“New”命令，打开一个新的“BlockD iagram/Schematic File”（模块/原理图文件）编辑窗口。

2.定制初始化数据文件

为了将数据装入ROM中，在加入并设置ROM之前，应先建立一个存储器初始化数据文件。QuartusⅡ可以接受的LPM_ROM模块中的初始化数据文件的格式有两种：Memory Initialization File（.mif格式）和Hexadecimal（Intel-Format）File（.hex格式），在实际应用中只要使用其中一种格式的文件即可，本例使用.mif格式文件。

1）在QuartusⅡ集成环境下，执行“File”菜单的“New”命令，在“New”对话框中选择“Other Files”选项卡，打开一个新的“Memory Initialization File”（存储器初始化数据文件）对话框，如图5-32所示，在弹出的存储器ROM的参数设置对话框中输入存储器的字数（Number of words）为64，字长（Word size）为8位，如图5-33所示。

图5-32 新建.mif格式文件

图5-33 存储器参数设置对话框

2）存储器的参数设置结束后单击“OK”按钮，弹出存储器初始化数据文件的界面，新建的初始化数据文件表格中的数据全部为0，此时可以将波形数据填入数据表格中。在存储器初始化数据文件的界面中，右击存储器左列的某个地址，弹出右键快捷菜单，其中包括Address Radix（地址基数）和Memory Radix（存储器基数）两项。执行Address Radix项可对存储器的地址基数进行选择，地址有Binary、Decimal、Octal和Hexadecimal4种基数选择。执行Memory Radix项则可对存储器单元中的数据基数进行设置，存储器数据有Binary、Hexadecimal、Octal、Signed Decimal和Unsigned Decimal5种基数选择。存储器数据表格中任一数据（如第4行的1）对应的地址为左列（24）与顶行数（6）之和（即24+6=30，十六进制为1E，二进制为00011110），如图5-34所示。

完成后，将此文件以.mif为类型属性（如singt.mif）保存在工程目录中。

图5-34 存储器数据表格

也可以使用QuartusⅡ以外的文本编辑器设计或打开MIF文件，其格式如下所示。其中，冒号左边是地址值，右边是对应的数据，并以分号结尾。

mif文件也可以用程序语言生成，如C语言或MATLAB语言。下面是产生正弦波数据值的C程序：

把上述程序编译后，可在DOS命令行下执行命令

将生成data_rom.mif文件，再加上.mif文件的头部说明即可。

3.定制LPM_ROM元件

双击原理图编辑窗口，在弹出的元件选择对话框的“Libraries”栏目中，单击“megefunc-tions”选项，并选择“storage”的“lpm_rom”（只读存储器ROM）LPM元件，如图5-35所示。

图5-35 LPM_ROM元件选择对话框(www.xing528.com)

单击“OK”按钮，弹出如图5-36所示的“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”对话框。在该对话框中，选择VHDL（或VerilogHDL）作为输出文件的类型，并将生成的只读存储器名称及保存的文件夹输入到“What name do you want for the output file？”栏目中。

图5-36 MegaWizard Plug-In Manager[page2c]对话框

根据设计要求设置宏功能模块的相关参数。如ROM模块的q输出位数为8bit，字数为64，采用单时钟控制方式。是否需要设置一些附加端口，如时钟使能、异步复位等，如图5-37和5-38所示。

图5-37 选择data_rom模块数据线和地址线宽度

图5-38 选择地址锁存信号clock

完成此页的参数设置后单击“Next”按钮，进入ROM参数设置的“MegaWizard Plug-In Manager-LPM_ROM[page5of7]”对话框，如图5-39所示。在此页面的“Doyouwant to specify the initial content of the memory？”栏目中选中“Yes，use this file for the memory con-tentdata”项，并输入以上已经设置的初始化数据文件名（如singt.mif）。另外，将“Alow In-System Memory…”项选中，表示允许QuartusⅡ能通过JTAG口对下载于FPGA中的ROM进行在系统测试和读写。

图5-39 选择ROM初始化数据文件

完成此页的参数设置后单击“Next”按钮，进入ROM参数设置的“MegaWizard Plug-In Manager-LPM_ROM[page7of7]”对话框。这是ROM参数设置的最后一个页面，此页面主要用于选择生成ROM的输出文件。至此，ROM参数设置完成，用鼠标左键单击“Finish”按钮结束设置，在原理图编辑器中单击左键放置LPM_ROM宏功能模块，如图5-40所示。

4.定制LPM_COUNTER计数器元件

图5-40 定制完成的ROM元件

双击原理图编辑窗口，在弹出的元件选择对话框的“Libraries”栏目中，单击“mege-functions”选项，并选择“arithmetic”的“lpm_counter”（计数器）LPM元件，如图5-41所示。根据要求对计数器的端口进行选择与参数设置，本例完成的“lpm_counter”宏功能计数器元件如图5-42所示。

图5-41 LPM_COUNTER元件选择对话框

5.编辑和编译正弦波发生器顶层设计文件

在原理图编辑窗口中加入只读存储器data_rom和计数器counter6元件后，再加入设计电路的输入和输出元件，按照正弦信号发生器原理图完成电路中的连线。并以“singt.bdf”作为顶层文件名将设计文件保存于工程目录中，并通过QuartusⅡ的编译。

图5-42 定制完成的COUNTER元件

6.仿真顶层设计文件

为正弦波信号发生器建立仿真文件并进行仿真，仿真波形输出的数据就是在存储器初始化数据文件中加入的（正弦波信号发生器）数据，如图5-43所示。

图5-43 正弦波信号发生器的仿真波形