Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Разработка и обоснование структурной схемы устройства

Фильтр-это основной блок для реализации технического задания.

Для работы фильтр использует дополнительный код. По техническому заданию на входе имеем 8-разрядный параллельный прямой код. Поэтому перед фильтром целесообразно поставить преобразователь прямого кода в дополнительный код.

Так как данные на вход фильтра поступают с различными задержками, для безошибочной работы требуется поставить 8-разрядный параллельный регистр. Также регистры нужны для снижения логической нагрузки на логические элементы, вследствие чего освобождаются ресурсы ПЛИС для выполнения других функций. Так как фильтр тоже задерживает сигнал, то на выходе так же поставим параллельный регистр (разрядность определяется техническим заданием, т.е выходной параллельный регистр будет 16-разрядным).

Семисегментные индикаторы(их два) позволяют контролировать работу ПЛИС. Они указывают младшие разряды выходного сигнала в удобной для пользователя форме. Антидребезговая система убирает дребезг в кнопке управления ПЛИС.

Краткое описание блоков структурной схемы:

1. btn – антидребезговая схема и преобразователь асинхронного сигнала в синхронный.

2. reg_in и reg_out –параллельные параметризированные регистры

3. preobr_cod – преобразователь кода, предназначен для преобразования входного прямого кода в дополнительный код;

4. filter_gor – основной блок преобразования

5. tffe-триггер

6. l7segment и h7segment – семисегментные индикаторы(?!), необходимы для проверки работы устройства.

Рис.14 Структурная схема устройства

Составление и описание принципиальной схемы устройства.

Разработка и отладка программы на языке AHDL

Для конфигурирования ПЛИС семейства FLEX10K существуют следующие способы:

Пассивная последовательная (последовательное ПЗУ, ByteBlaster, BiteBlaster, JTAG, микроконтроллер);

Пассивная параллельная синхронная (микроконтроллер);

Пассивная параллельная синхронная (микроконтроллер);

В проекте будет использовано JTAG конфигурирование. Для конфигурирования посредством JTAG выводы MSEL0, MSEL1 необходимо подключить к земле.

JTAG (Joint Test Action Group) - объединенная группа по вопросам тестирования – разработала спецификации для периферийного сканирования (BST – Boundary Scan Test). BST-технология позволяет выполнить эффективное тестирование компонентов на прецизионных печатных платах. BST-технология может тестировать выводы без использования щупов и пробников и выполняет сбор необходимых функциональных данных в нормальном режиме функционирования микросхемы. Для работы в JTAG-режиме используются четыре выделенных вывода: TDI, TDO, TMS, и TCK, и вспомогательный вывод TRST. Все остальные выводы во время JTAG-конфигурирования находятся в третьем состоянии. JTAG-конфигурирование нельзя начинать до завершения других режимов конфигурирования. Во время JTAG-конфигурирования конфигурационные данные загружаются в микросхему на печатной плате через разъемы кабелей MasterBlaster или ByteBlasterMV.

1)TDI – Вход тестовых данных.(Вход последовательной загрузки инструкций, программирующих и тестовых данных. Данные синхронизируются фронтом импульсов на выводе TCK.)

2)TDO – Выход тестовых данных.(Последовательный выход инструкций, программирующих и тестовых данных. Данные синхронизируются спадом импульсов на выводе TCK. Если данные из микросхемы не поступают - вывод находится в третьем состоянии)

3)TMS – Выбор режима тестирования (режим контроллера BST)(Вход управления режимом конечного автомата (контроллера) TAP. Конечный автомат синхронизируется фронтом сигнала на входе TCK. Поэтому состояние вывода TMS должно быть установлено перед фронтом сигнала TCK.)

4)TCK – Тактовый вход контроллера BST(Тактовый синхровход схемы BST. Некоторые операции синхронизируются фронтом, а некоторые спадом сигнала на TCK.)

5) TRST– Вход прекращения тестирования (дополнительный)(Вход асинхронного сброса схемы периферийного сканирования."0" на выводе – сбрасывает BST-схему периферийного сканирования. Вывод TRST является дополнительным в соответствии со стандартом IEEE STD. 1149.1.)[2]

(Какое отношение имеет выделенный материал к разделу??)

При разработке программы потребовалось написать на языке AHDL следующие модули:

1)Преобразователь кода из прямого в дополнительный(Имя?):

Если старший бит входных данных равен нулю, то код не изменяется, если равен единице,то все разряды кроме старшего инвертируются, а затем к младшему прибавляется единица.

2)Антидребезговая схема(Имя?):

На выходе триггера схемы (Где он? Привести схему! Неясно, как утраняется дребезг) по тактовому сигналу появляется единица, при появлении следующего тактового импульса на выходе сигнал устанавливается в ноль.В итоге на выходе получаем импульс длительностью в один такт, который поступает на входы СЕ блоков фильтра и который разрешает срабатывание тактового импульса. Кнопка антидребезга нужна для отладки на макете.

3) основной блок схемы-фильтр(Имя?):

Входная 8-ми разрядная последовательность умножается на заданные коэффициенты числителя и складывается с произведением коэффициентов знаменателя, взятых с противоположным знаком, и последовательности 16-ти разрядных переменных. (Как формируется 16-разрядный код?? Как разрабатывался фильтр?)

Составление фильтра состоит в соединении отдельных модулей, в данной работе используются 3 модуля. Они соединены один за другим.

4)Параллельные параметризированные регистры(Имя?) предназначенны для хранения информации в течение периода частоты дискретизации

5)Семисегментный индикатор(?!) (Имя?) отображает четырехразрядные данные.

(Содержание раздела не соответствует названию.)

Определить, каким образом (как) реализовать операции (действия, блоки, модули), представленные на структурной схеме. Это можно сделать в виде:

Алгоритмов работы и их описания. Привести описание алгоритма на языке AHDL с пояснениями;

Структурных схем и их описания. Привести описание структурной схемы на языке AHDL с пояснениями;

Фрагментов программ на языке AHDL и их описание.

При описании работы желательно привести временные диаграммы работы блока (модуля, операции, действия)

Определение быстродействия, импульсной и переходной характеристик устройства

Проанализировав быстродействие(Каким образом??), получены следующие данные:

-период тактовых импульсов-115.8 нс

-частота дискретизации-8.63 МГц

По заданию:

Частота дискретизации: 2,8 МГц

Соответственно, получаем большой запас по частоте:

8.63-2.8=5.83 МГц.

Сравним значения отсчетов импульсной и переходной характеристик,полученных с помощью MAX+PLUS II, MATLAB и отладочного модуля. Это необходимо для проверки правильности работы всего устройства.

Matlab 6.5 MAX+plus II (DEC) MAX+plus II (HEX) MAX+plus II (переведенные) Отладочный модуль
1 0,125 800 0320 0.125 20
2 -0,334 63398 F7A6 -0.334 A6
3 0,415 2658 0A62 0.4153 62
4 -0,244 63964 F9DC -0.246 DC
5 -0,0488 65219 FEC3 -0.0491 C3
6 0,148 994 03B0 0.1553 B0
7 -0,0236 65390 FF6E -0.024 6E
8 -0,0957 64919 FD97 -0.0965 97
9 0,0678 433 01B1 0.0676 B1
10 0,0302 191 00BF 0.0298 BF
11 -0,0607 65147 FE7B -0.0615 7B
12 0,00998 66 0042 0.01 42
13 0,0362 231 00E7 0.0361 E7
14 -0,0242 65373 FF5D -0.0254 5D
15 -0,0108 65461 FFB5 -0.011 B5

Таблица 4 Отсчеты импульсной характеристики

 

Matlab 6.5 MAX+plus II (DEC) MAX+plus II (HEX) MAX+plus II (переведенные) Отладочный модуль
1 0,125 800 0320 0.125 20
2 -0,209 64198 FAC6 -0.20906 C6
3 0,206 1320 0528 0.20625 28
4 -0,0401 65285 FF05 -0.0397 05
5 -0,0882 64968 FDC8 -00875 C8
6 0,0588 375 0177 0.05859 77
7 0,0354 230 00E6 0.0359 E6
8 -0,0595 65149 FE7D -0.0592 7D
9 0,00865 46 002E 0.0718 2E
10 0,0354 237 00ED 0.037 ED
11 -0,0235 65385 FF69 -0.02375 69
12 -0,0133 65451 FFAB -0.0135 AB
13 0,0226 146 0092 0.0228 92
14 -0,00278 65519 FFEF -0.00285 EF
15 -0,0141 65445 FFA5 -0.01425 A5

Таблица 5 Отсчеты переходной характеристики

Переведенные отсчеты получаем путем деления прямых десятичных значений(??), полученных из дополнительного кода) на 6400(так как масштабирующий коэффициент 26 =64 и амплитуда входного воздействия принята равной 100).

(Как получены отрицательные значения?)

Заключение

В данной работе был спроектирован цифровой фильтр высокой частоты, удовлетворяющий всем требованиям технического задания. Проект занял на интегральной схеме 60% ресурсов или 694 логических ячеек. Были получены навыки программирования ПЛИС. Погрешность характеристик фильтра связана с округлением его коэффициентов. (??)

(Как выполнены требования ТЗ?)

Список литературы

Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учебное пособие. Санкт-Петербург(?Издательство?) 2000 г.

Конфигурирование ПЛИС Altera со статической памятью конфигурации. Р.А. Мяльк. Санкт-Петербург (?Издательство?) 2003 г.

Стешенко В.Б. Плис фирмы ALTERA: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. М., ДОДЭКА-XXI, 2007 (2002).

Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств Altera AHDL.:Практический курс. М., Радио Софт, 2001 г.

Приложение

%

Курсовая работа по дисциплине:

"Основы проектирования цифровых устройств на ПЛИС"

На тему: "Цифровой фильтр высокой частоты"

Выполнил: студент группы 5110

Горюнов Д.Ю.

Проверил: Соколов Ю.П.

%

include "filter.inc";

include "button.inc";

include "ppreg.inc";

include "pk_dk.inc";

include "7segment.inc";

constant razx = 8;--Что означают приведенные константы?

constant razy = 16;--Откуда они появились?

constant razb = 4;

constant raza = 8;

subdesign final

(

data[razx-1..0],clk,knopka: input;

reset: input = gnd;

out[razy-1..0]: output;

synhr,h: output;

la,lb,lc,ld,le,lf,lg: output;

ha,hb,hc,hd,he,hf,hg: output;

)

variable

preobr_cod: pk_dk with (width = razx);

h7seg,l7seg: 7segment;

reg_in: ppreg with (width = razx);

reg_out: ppreg with (width = razy);

btn: button with (delay = 1, clock = 3175); --8000 25175

filtr_gor: filter with

(

wx = 8, --разрядность шины xn

wy = 16, --разрядность шины yn—Откуда появились параметры??

wc1 = 5, -- разрядность коэффициентов b

wc2 = 7, -- разрядность коэффициентов a

rs = 6, --расширение коэффициента b

ws = 23, --разрядность шины sum

wp = 23, --разрядность шины result

b1 = 8, --коэффициент b1

b2 = B"10010", --коэффициент b2

b3 = 14, --коэффициент b3

b4 = B"11000", --коэффициент b4

a2 = B"1000101", --коэффициент a2

a3 = B"1000111", --коэффициент a3

a4 = B"1101110", --коэффициент a4

wm = 6 –сдвиг—Что значит параметр?

);--Значения параметров НЕ ПРИВЕДЕНО в пояснительной записке!!

ce: node;

begin

reg_in.(clk,reset)=(clk,!reset);

reg_out.(clk,reset)=(clk,!reset);

btn.clk = clk;

filtr_gor.(clk,reset)=(clk,!reset);

preobr_cod.in[] = data[];

reg_in.data[] = preobr_cod.out[];

filtr_gor.vxod[]=reg_in.out[];

reg_out.data[]=filtr_gor.vixod[];

out[]=reg_out.out[];

l7seg.i[]=out[3..0];

h7seg.i[]=out[7..4];

(la,lb,lc,ld,le,lf,lg) = l7seg.(a,b,c,d,e,f,g);

(ha,hb,hc,hd,he,hf,hg) = h7seg.(a,b,c,d,e,f,g);

btn.btn = knopka;

ce = btn.out;

filtr_gor.ce = ce;

reg_in.ce = ce;

reg_out.ce = ce;

synhr = ce;

h = tffe(VCC,clk,,,ce);

end;

%

Фильтр

Выполнил ст.гр.№ 5110

Горюнов Д.Ю.

%

include "mult_a1.inc";

include "mult_b.inc";

include "mult_c.inc";

PARAMETERS

(

wx = 8, --разрядность шины xn

wy = 16, --разрядность шины yn

wc1 = 5, -- разрядность коэффициентов b

wc2 = 7, -- разрядность коэффициентов a

rs = 6, --расширение коэффициента b

ws = 23, --разрядность шины sum

wp = 23, --разрядность шины result

b1 = 8, --коэффициент b1

b2 = B"10010", --коэффициент b2

b3 = 14, --коэффициент b3

b4 = B"11000", --коэффициент b4

a2 = B"1000101", --коэффициент a2

a3 = B"1000111", --коэффициент a3

a4 = B"1101110", --коэффициент a4

wm = 6 --сдвиг

);

subdesign filter

(

vxod[wx-1..0], clk: input;

ce: input=vcc;

reset: input=gnd;

vixod[wy-1..0]: output;

)

variable

sec_up: mult_a1 with (widthx = wx, widthc = wc1+rs, widths = ws, widthp = wp, bn= b1*(2^rs));

sec_mid1: mult_b with (widthx = wx, widthy = wy, widthc1 = wc1+rs, widthc2=wc2, widthp = wp, an = a2, bn = b2*(2^rs));

sec_mid2: mult_b with (widthx = wx, widthy = wy, widthc1 = wc1+rs, widthc2=wc2, widthp = wp, an = a3, bn = b3*(2^rs));

sec_down: mult_c with (widthx = wx, widthy = wy, widthc1 = wc1+rs, widthc2=wc2, widthp = wp, an = a4, bn = b4*(2^rs));

V[wy-1..0]: node;

begin

sec_mid1.(clock,clken,aclr) = (clk,ce,reset);

sec_mid2.(clock,clken,aclr) = (clk,ce,reset);

sec_down.(clock,clken,aclr) = (clk,ce,reset);

sec_up.xn[]=vxod[];

sec_mid1.xn[]=vxod[];

sec_mid2.xn[]=vxod[];

sec_down.xn[]=vxod[];

V[] = sec_up.result[wm+wy-1..wm];

sec_mid1.yn[]=V[];

sec_mid2.yn[]=V[];

sec_down.yn[]=V[];

sec_up.sum[]=sec_mid1.result[];

sec_mid1.sum[]=sec_mid2.result[];

sec_mid2.sum[]=sec_down.result[];

vixod[]=V[];

end;

%

Преобразователь кода из прямого в дополнительный

Выполнил ст.гр.№ 5110

Горюнов Д.Ю.

%

parameters

(

width=8

);

subdesign pk_dk

(

in[width-1..0]: input;

out[width-1..0]: output;

)

variable

sign: node;

begin

sign = in[width-1];

if sign then out[] = (sign,!in[width-2..0])+1;

else out[] = in[];

end if;

end;

%

Параллельный параметризированный регистр

Выполнил ст.гр.№ 5110

Горюнов Д.Ю.

%

PARAMETERS

(

width=8

);

SUBDESIGN ppreg

(

data[width-1..0],clk: input;

ce: input = vcc;

reset: input = gnd;

out[width-1..0]: output;

)

variable

out[width-1..0]: dffe;

begin

out[].(clk,clrn,ena)=(clk,!reset,ce);

out[] = data[];

end;

%

Антидребезг

Выполнил ст.гр.№ 5110

Горюнов Д.Ю.

%

PARAMETERS

(

delay = 1 --величина задежки в микросекундах

, clock = 5175 -- тактовая частота в килогерцах

);

CONSTANT modul = (delay*clock) DIV 1000;-- модуль счета

ASSERT (modul>2)

REPORT "Произведение delay*clock должно быть больше 2000"

SEVERITY ERROR;

CONSTANT width = LOG2(modul);

CONSTANT end_state = modul-1;

SUBDESIGN button

(

btn: INPUT;

clk: INPUT;

out: OUTPUT;

)

VARIABLE

div_out: NODE;

astart: NODE;

tr[width-1..0]: dffe;

BEGIN

tr[].(clk, ena) = (clk, astart);

astart = dff(VCC,!btn, div_out,);

IF tr[].q < end_state THEN

tr[].d = tr[].q + 1;

ELSE

tr[].d = 0;

END IF;

div_out =!dff((tr[].q == end_state),clk,,); --формирование импульса сброса триггера

out = dff(dff(VCC, astart,!out,), clk,,); --формирование импульса

END;

%

Модуль преобразования данных для представления на семисегментном индикаторе

Взят из раздаточного материала

%

% -a- %

% f| |b %

% -g- %

% e| |c %

% -d- %

% %

% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F %

% %

SUBDESIGN 7segment

(

i[3..0]: INPUT;

a, b, c, d, e, f, g: OUTPUT;

)

BEGIN

TABLE

i[3..0] => a, b, c, d, e, f, g;

H"0" => 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0;

H"1" => 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0;

H"2" => 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1;

H"3" => 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1;

H"4" => 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1;

H"5" => 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1;

H"6" => 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1;

H"7" => 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0;

H"8" => 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1;

H"9" => 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1;

H"A" => 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1;

H"B" => 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1;

H"C" => 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0;

H"D" => 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1;

H"E" => 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1;

H"F" => 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1;

END TABLE;

END;

%

модуль mult_a1

Взят из раздаточного материала

%

INCLUDE "lpm_mult.inc";

PARAMETERS

(widthx = 8, --число разрядов шины xn[]

widthc = 10, --число разрядов коэффициентов

widths = 18, --число разрядов шины sum[]

widthp = 18, --число разрядов шины result[]

bn = 100 --коэффициент bn числителя

);

SUBDESIGN mult_a1

(xn[widthx-1..0]: INPUT;

sum[widths-1..0]: INPUT;

result[widthp-1..0]: OUTPUT;

)

VARIABLE

mult_x: lpm_mult WITH (

LPM_WIDTHA = widthx,

LPM_WIDTHB = widthc,

LPM_WIDTHP = widthp,

LPM_WIDTHS = widths,

INPUT_B_IS_CONSTANT = "YES",

LPM_REPRESENTATION = "SIGNED",

USE_EAB = "OFF",

--LPM_PIPELINE = 1,

MAXIMIZE_SPEED = 6);

BEGIN

mult_x.dataa[] = xn[];

mult_x.datab[] = bn;

mult_x.sum[] = sum[];

result[] = mult_x.result[];

END;

%

Модуль mult_b

Взят из раздаточного материала

%

INCLUDE "lpm_mult.inc";

PARAMETERS

(

widthx = 8, --число разрядов шины xn[]

widthy = 8, --число разрядов шины yn[]

widthc1 = 10, --число разрядов коэффициентов b

widthc2 = 10, --число разрядов коэффициентов а

widthp = 18, --число разрядов шины result[]

an = 100, --коэффициент -an знаменателя (отрицательный - hex)

bn = 100 --коэффициент bn числителя

);

CONSTANT widths= widthp;

SUBDESIGN mult_b

(

xn[widthx-1..0]: INPUT;

yn[widthy-1..0]: INPUT;

sum[widths-1..0]: INPUT;

clock: INPUT;

clken: INPUT = VCC;

aclr: INPUT = GND;

result[widthp-1..0]: OUTPUT;

)

VARIABLE

mult_x: lpm_mult WITH (

LPM_WIDTHA = widthx,

LPM_WIDTHB = widthc1,

LPM_WIDTHP = widthp,

LPM_WIDTHS = widths,

INPUT_B_IS_CONSTANT = "YES",

LPM_REPRESENTATION = "SIGNED",

USE_EAB = "OFF",

LPM_PIPELINE = 1,

MAXIMIZE_SPEED = 6

);

mult_y: lpm_mult WITH (

LPM_WIDTHA = widthy,

LPM_WIDTHB = widthc2,

LPM_WIDTHP = widthp,

LPM_WIDTHS = widths,

INPUT_B_IS_CONSTANT = "YES",

LPM_REPRESENTATION = "SIGNED",

USE_EAB = "OFF",

--LPM_PIPELINE = 1,

MAXIMIZE_SPEED = 6

);

BEGIN

mult_x.(clock, clken, aclr) = (clock, clken, aclr);

mult_x.dataa[] = xn[];

mult_x.datab[] = bn;

mult_x.sum[] = mult_y.result[];

result[] = mult_x.result[];

mult_y.dataa[] = yn[];

mult_y.datab[] = an;

mult_y.sum[] = sum[];

END;

%

Модуль mult_c

Взят из раздаточного материала

%

INCLUDE "lpm_mult.inc";

PARAMETERS

(

widthx = 8, --число разрядов шины xn[]

widthy = 8, --число разрядов шины yn[]

widthc1 = 10, --число разрядов коэффициентов b

widthc2 = 10, --число разрядов коэффициентов a

widthp = 18, --число разрядов шины result[]

an = 100, --коэффициент an знаменателя

bn = 100 --коэффициент bn числителя

);

CONSTANT widths= widthp;

SUBDESIGN mult_c

(

xn[widthx-1..0]: INPUT;

yn[widthy-1..0]: INPUT;

--sum[widths-1..0]: INPUT;

result[widthp-1..0]: OUTPUT;

clock: INPUT;

clken: INPUT = VCC;

aclr: INPUT = GND;

)

VARIABLE

mult_x: lpm_mult WITH (

LPM_WIDTHA = widthx,

LPM_WIDTHB = widthc1,

LPM_WIDTHP = widthp,

LPM_WIDTHS = widths,

INPUT_B_IS_CONSTANT = "YES",

LPM_REPRESENTATION = "SIGNED",

USE_EAB = "OFF",

LPM_PIPELINE = 1,

MAXIMIZE_SPEED = 6

);

mult_y: lpm_mult WITH (

LPM_WIDTHA = widthy,

LPM_WIDTHB = widthc2,

LPM_WIDTHP = widthp,

LPM_WIDTHS = widths,

INPUT_B_IS_CONSTANT = "YES",

LPM_REPRESENTATION = "SIGNED",

USE_EAB = "OFF",

--LPM_PIPELINE = 1,

MAXIMIZE_SPEED = 6

);

BEGIN

mult_x.(clock, clken, aclr) = (clock, clken, aclr);

mult_x.dataa[] = xn[];

mult_x.datab[] = bn;

mult_x.sum[] = mult_y.result[];

result[] = mult_x.result[];

mult_y.dataa[] = yn[];

mult_y.datab[] = an;

END;

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...