目录
一、实验目的
（1）掌握信号发生器的原理；
（2）学习复杂数字系统设计；
（3）学习用IP核进行设计；
（4）学习用在线逻辑分析仪观察FPGA产生的信号。
二、设计要求
（1）数字化波形数据存在ROM中，ROM用IP核进行设计；
（2）正弦波或方波、锯齿波波形可选并数码管显示所选波形种类；
（3）信号频率、幅度可调并用数码管显示频率和幅值；
（4）连接开发板，用在线观察信号的幅度、频率调制波形；
（5）可采用DDS原理产生正弦信号。
三、实验代码
限于篇幅，此处仅给出顶层文件代码
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module TOP( input clk, input rst_n, input [1:0] wave, //input [11:0] p_word, input [2:0] AM, input [3:0] f_set, //output [11:0] dac_dataa, output[10:0] count_display//数码管输出 ); wire [31:0] f_word; wire [4:0] amplitude; wire [11:0] dac_dataa; wire [1:0] cnt_1; wire [6:0] cnt_2; wire [2:0] cnt_3; wire [31:0] fre; // 分频： reg[26:0] clk_cnt; reg [2:0] sel=4'b0; reg clk1; //reg [10:0] count_display=11'b1111_1111111; always @(posedge clk) begin clk_cnt=clk_cnt+1; if(clk_cnt==100000000) begin clk_cnt=0; clk1=1'b1; end else clk1=1'b0; if(clk_cnt%100000==0) begin sel=sel+1; if(sel==4) sel=0; end end DDS uut1( .clk(clk), .rst_n(rst_n), .wave(wave), .f_word(f_word), //.p_word(p_word), .amplitude(amplitude), .dac_dataa(dac_dataa), .cnt_1(cnt_1) ); F_word_set uut2( .clk(clk), .rst_n(rst_n), .f_set(f_set), .f_word(f_word), .fre(fre), .cnt_2(cnt_2) ); A_set uut3( .clk(clk), .rst_n(rst_n), .AM(AM), .amplitude(amplitude), .cnt_3(cnt_3) ); display SG_display( .clk (clk), .rst (rst_n), .counter_1 (cnt_1), .counter_2 (cnt_2), .counter_3 (cnt_3), .count_display (count_display), .sel(sel) ); ila_0 ila ( .clk(clk), // input wire clk .probe0(dac_dataa), // input wire [11:0] probe0 .probe1(wave), // input wire [1:0] probe1 .probe2(AM), // input wire [2:0] probe2 .probe3(f_set) // input wire [3:0] probe3 ); endmodule1.代码原理分析
正弦信号发生器由计数器或地址发生器（6位）、正弦信号数据 ROM（6位地址线，8位数据线，含有 64 个 8 位数据，一个周期）、原理图顶层设计和 8 位D/A。其框图如图 1 所示。其中信号产生模块将产生所需的各种信号，这些信号的产生可以有多种方式，如用计数器直接产生信号输出，或者用计数器产生存储器的地址，在存储器中存放信号输出的数据。信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现。将波形数据送入 D/A 转换器，将数字信号转换为模拟信号输出。
2.代码设计思路
3.IP核的设计与配置
（以ila_0为例）
在线逻辑分析仪的配置
此处设置了5个探针，在逻辑分析仪中显示出频率、幅度、波形类型额变化。
四、实验结果及分析
1、引脚锁定
set_property -dict { PACKAGE_PIN W5 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports clk]
create_clock -add -name sys_clk_pin -period 10.00 -waveform {0 5} [get_ports clk]
## Switches
set_property -dict { PACKAGE_PIN V17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {wave[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {wave[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W16 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {f_set[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W17 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {f_set[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {f_set[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V15 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {f_set[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W14 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {AM[0]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W13 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {AM[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {AM[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN R2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {rst_n}]
##7 Segment Display
set_property -dict { PACKAGE_PIN W7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[6]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W6 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[5]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[4]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V8 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[3]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U5 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[2]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V5 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[1]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[0]}]
#set_property -dict { PACKAGE_PIN V7 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports dp]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U2 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[7]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN U4 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[8]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN V4 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[9]}]
set_property -dict { PACKAGE_PIN W4 IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports {count_display[10]}]
2、仿真波形及分析
（1）关于波形一些指标的介绍
rst_n：表示使能端 clk：表示时钟周期 wave：波形类型0-正弦波 1-矩形波 2-三角波 3-锯齿波
AM：波形幅度 f_set:波形频率
（2）对波形转换功能的验证
I：波形类型的变化：从正弦波到矩形波 II：从矩形波到锯齿波的变化
III ：从锯齿波到三角波的变化
（3）对幅度调节功能的验证------三角波幅度的变化
（4）对调频功能的验证---以三角波频率的变化为例
分析：
当信号的类型、频率、幅度发生变化时，具体的波形也会立即出现明显的变化，实现了频率、幅度、波形类型的可调性。
3、下载测试结果及分析
包含在线逻辑分析仪情况及开发板情况
波形类型：0-正弦波 1-矩形波 2-三角波 3-锯齿波
不断改变波形类型、幅度及频率
- 锯齿波
幅度：3 频率：12 波形类型：3 开发板
（2）正弦波
幅度：4 频率：8 波形类型：0 开发板
（3）矩形波
幅度：1 频率：7 波形类型：1 开发板
（4）三角波
幅度：2 频率：10 波形类型：2 开发板
五、实验心得
1.实验过程中在完成仿真实验后准备上开发板进行测试，但发现此次实验与之前的实验上板子有点不一样。在查阅相关资料后，才知道此次实物实验不能仅依靠bassy3开发板，还需要使用在线逻辑分析仪观察FPGA产生的信号，实现波形的显示，展示其频率、幅度及波形类型，这让我对实物实验有了不一样的认识。
2.最初实验刚开始的时候真的是一头雾水，实验要求用IP核进行设计虽然有一定的思路，但也不清楚到底如何下手，最后还是参考了网上的方法程序，一点点理解下来。当然，网上的内容和我们的实验有许多出入，所以还是要在理解之后进行诸多修改。像“数字化波形数据存在ROM中，ROM用IP核进行设计”这类步骤，如果不是参考网上的教程，我得花很多时间去消化理解，虽然是借着别人的经验前进，但我认为只要最后能消化吸收转化为自己的知识，也是能够被理解的。经过这次实验，我真的是收获良多，如理解了信号发生器的设计原理、学会了使用DDS原理产生正弦信号。特别是对ip核设计的理解，这也给我在今后对于verilog编程也提供了更多的选择，也能为我之后的实验提供不少帮助。
2022-05-05