基于FPGA的任意波形發(fā)生器設(shè)計與實現(xiàn)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
3．1 固件程序設(shè)計
CY7C68013內(nèi)嵌有8051微處理器，用于控制芯片的工作狀態(tài)設(shè)置，寫入微處理器的程序文件稱為固件程序(Firmware)，為了便于維護(hù)和移植，一般采用單片機的C語言編寫。主要有以下幾種功能：a．初始化工作，包括設(shè)置一些特殊功能寄存器的初值以實現(xiàn)所需的設(shè)備屬性或者功能，例如開中斷、使能端點、配置端口等。b．輔助硬件完成設(shè)備的重新列舉過程，包括模擬設(shè)備的斷開與重新連接，對接收到的設(shè)置包進(jìn)行分析判斷，從而對主機的設(shè)備請求作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，完成主機對設(shè)備的配置任務(wù)。c．對中斷的處理。d．?dāng)?shù)據(jù)的接收和發(fā)送。e．外圍電路的控制。固件程序的流程如圖4所示。

3．2 FPGA程序設(shè)計
在本系統(tǒng)中FPGA作為主控制器，提供USB控制、DA控制、SRAM控制、I2C控制及全局時鐘控制等功能模塊。這里重點介紹USB接口控制模塊。固化程序?qū)Y7C68013A設(shè)置為Slave FIFO工作模式，需要FPGA提供FIFO端口的讀寫操作控制時序。CY7C68013A為每個端口提供了”空”標(biāo)志、”滿”標(biāo)志和”可編程級”標(biāo)志。FPGA檢測這些信號，用于控制讀寫的過程，F(xiàn)PGA再完成這些端口FIFO的操作時序控制。USB控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖5所示，控制器工作在五個狀態(tài)中，上電復(fù)位后工作在IDLE狀態(tài)，當(dāng)讀／寫事件發(fā)生時進(jìn)入狀態(tài)1；在狀態(tài)1中根據(jù)讀／寫事件使能FIFOADR[1：0]指向相應(yīng)FIFO并進(jìn)入狀態(tài)2；在狀態(tài)2，如果FIFO空／滿，在當(dāng)前狀態(tài)等待，否則進(jìn)入狀態(tài)3；在狀態(tài)3中，驅(qū)動數(shù)據(jù)總線，完成讀／寫操作，進(jìn)入狀態(tài)4；在狀態(tài)4中，如需傳輸更多數(shù)據(jù)，進(jìn)入狀態(tài)2，否則進(jìn)入狀態(tài)IDLE。本系統(tǒng)采用Verilog HDL硬件描述語言實現(xiàn)了FIFO的讀寫時序，并在ALTERA公司提供的QuartusII8．0開發(fā)工具中綜合編譯并映射到FPGA中運行。

4 結(jié)果及分析
在設(shè)計結(jié)果中，最后的波形圖是使用泰克公司的TDSl012型示波器得到的。經(jīng)過實際的測試，該信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形精度高、失真小，完全滿足設(shè)計的要求。圖6是產(chǎn)生的正弦波、鋸齒波的波形結(jié)果。