FPGA的并行多通道激勵信號產(chǎn)生模塊
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3.1 結(jié) 構(gòu)
波形產(chǎn)生控制器是整個模塊正常運(yùn)行的核心，主要完成信號產(chǎn)生控制、信號增益控制以及同步控制。多通道波形產(chǎn)生控制器主要由異步FIFO、同步邏輯與信號產(chǎn)生和調(diào)理輸出組成，圖2為波形產(chǎn)生控制器的結(jié)構(gòu)框圖。用戶控制命令經(jīng)PCI控制器傳輸至Nios II嵌入式軟核后，首先經(jīng)過譯碼處理，將控制命令按通道進(jìn)行分類，而后傳輸至波形產(chǎn)生控制器中的異步FIFO進(jìn)行緩沖。此刻各通道的控制命令主要包括同步命令、信號產(chǎn)生控制字以及增益控制命令，經(jīng)過串／并轉(zhuǎn)換后的同步命令控制著通道間的同步時序關(guān)系，而信號產(chǎn)生控制字和增益控制字則以并行方式輸出至外圍電路中，完成信號產(chǎn)生和調(diào)理輸出。
3.2 實(shí) 現(xiàn)
3.2.1 異步FIFO
多通道信號產(chǎn)生控制器中具有4個獨(dú)立的FIFO，主要用于緩沖PCI控制器與波形產(chǎn)生控制器2個異步時鐘域的數(shù)據(jù)傳輸，主要包括讀／寫時鐘信號、讀／寫請求信號、數(shù)據(jù)輸入／輸出信號和空／滿標(biāo)志位。讀請求信號(rdreq)有效時，在讀時鐘(rdclk)的上升沿處FIFO輸出數(shù)據(jù)；寫請求信號(wrreq)有效時，在寫時鐘(wrclk)的上升沿處FIFO寫入信號；空／滿標(biāo)志位決定了數(shù)據(jù)能夠?qū)懭牖蜃x出，模塊中采用寫滿標(biāo)志位(wrfull)來表示FIFO內(nèi)部存儲空間的使用情況。圖3為16×256位的異步FIFO工作仿真圖。
3.2.2 同步邏輯
同步邏輯實(shí)現(xiàn)多通道波形產(chǎn)生控制模塊的同步控制。信號產(chǎn)生通道的工作狀態(tài)有閑置、異步工作和同步工作3種狀態(tài)，由用戶提供的同步控制命令決定。當(dāng)波形產(chǎn)生控制命令加載到輸出寄存器后，在接收到“準(zhǔn)備好”命令后同步邏輯控制指定通道同步的輸出控制命令。設(shè)計(jì)要求各通道具有獨(dú)立產(chǎn)生信號的能力，且任意通道間可實(shí)現(xiàn)同步操作。首先由同步邏輯產(chǎn)生2分頻、3分頻和4分頻電路分別同步2路、3路和4路的信號輸入，只有1路信號輸出時采用串行時鐘即可。然后根據(jù)用戶同步通道控制命令，控制多路選擇通道輸出相應(yīng)的同步時鐘。采用同步時鐘選擇方法設(shè)計(jì)的多路同步時鐘仿真圖如圖4所示。
從圖中可見，2位的同步時鐘控制地址s1、s0控制著同步時鐘DDSclk的輸出。當(dāng)?shù)刂肺籹1和s0分別為00、01、10和11時，同步時鐘DDSclk分別輸出了串行時鐘和串行時鐘2分頻、3分頻與4分頻。其中2分頻和4分頻通過對串行時鐘計(jì)數(shù)跳轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)，方法簡單且效果良好。對于3分頻的實(shí)現(xiàn)則要復(fù)雜一點(diǎn)，方法是通過將2個占空比不為50％的3分頻信號相與得到1個占空比為50％的時鐘輸出，如圖中div3：inst10／b與div：inst10／c相與得到的3分頻時鐘輸出div3output。
3.2.3 信號產(chǎn)生和調(diào)理輸出
信號產(chǎn)生和調(diào)理輸出部分的作用是通過接收控制命令對各通道的DDS電路進(jìn)行控制。經(jīng)過FIFO緩沖的16位來自用戶的控制命令FIFO_DATA，由數(shù)據(jù)控制部分識別、解析、校驗(yàn)后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)串／并轉(zhuǎn)換模塊，串／并轉(zhuǎn)換模塊按照數(shù)據(jù)格式的要求將其轉(zhuǎn)換為2位通道地址總線部分(c1，c0)、6位DDS寄存器地址總線部分(d5～d0)和8位數(shù)據(jù)總線部分(d7～d0)，組成16位控制字，如下所示：
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