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《 E D A 技 术》 课 程 教 学 讲授：伍宗富 湖南文理学院电气与信息工程学院 2017年3月22日星期三
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第 十三 讲 基于FPGA的DSP开发技术 教学目的：使学生会用Quartus II和DSP Builder软件设计
教学方法：讲授法、计算机辅助法。 课时计划：2学时 使用教材： SOPC技术与应用．江国强 编著．北京：机械工业出版社 主要参考文献: [1] 刘洪涛．ARM嵌入式体系结构与接口技术[M]．北京：人民邮电出版社 [2] 田耘等．无线通信FPGA设计[M]．北京：电子工业出版社 [3] 孟宪元等．FPGA嵌入式系统设计教程[M]．北京：电子工业出版社 [4] 徐光辉等.基于FPGA的嵌入式开发与应用[M].北京：电子工业出版社 [5] 沈文斌.嵌入式硬件系统设计与开发实例详解[M].北京：电子工业出版社 [6] 周立功等．SOPC嵌入式系统基础教程[M]．北京：北京航空航天大学出版社 [7] 王彦等.基于FPGA的工程设计与应用[M].西安：西安电子工业出版社 [8] 周润景等．基于QuartusII的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M]．北京：电子工业出版社 [9]
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课题：基于FPGA的DSP开发技术 一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计 二、 基于Quartus II的DSP模块调试
四、课堂小结 五、作业
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一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计
DSP Builder是一个系统级（或算法级）设计工具，依赖于MathWorks公司的数学分析工具Matlab/Simulink，在Simulink中进行图形化设计和仿真，通过SignalCompiler可以把Matlab/Simulink的设计文件（.mdl）转成相应的硬件描述语言VHDL设计文件（.vhd），再由FPGA/CPLD开发工具Quartus II来完成。 DSP Builder设计流程如下： 第一步在Matlab/Simulink中进行设计输入，即在Matlab的Simulink环境中建立一个mdl模型文件，用图形方式调用Altera DSP Builder和其它Simulink库中的图形模块(Block)，构成系统级或算法级设计框图(或称Simulink设计模型)。 第二步利用Simulink强大的图形化仿真、分析功能，分析此设计模型的正确性，完成模型仿真。 第三步通过SignalCompiler把Simulink的模型文件(后缀为.mdl)转化成通用的硬件描述语言VHDL文件(后缀为.vhd)。 第四步用Quartus II 、ModelSim对以上设计产生的VHDL的RTL代码和仿真文件进行综合、编译适配以及仿真。
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一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计
2.基于FPGA的DSP系统的系统结构可重配置方法 由于不同的配置文件下载于FPGA后，将能获得不同的硬件结构和硬件功能，基于FPGA的DSP系统的系统结构可重配置方法有： (1) 将多个配置文件预先存储在DSP系统的ROM中，系统根据实际需要自动选择下载的配置文件。缺点是配置文件数有限。 (2) 将配置文件全部预存在大存储器中，或PC机中，由外围系统选择下载配置文件。 (3) 通过无线遥控方式，对远处的DSP应用系统进行配置，从而遥控改变功能模块或系统的硬件结构，达到改变技术指标和硬件工作方式的目的。 (4) 通过互联网进行配置，实现远程硬件结构控制。
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一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计
1）建立Matlab设计模型 （Model）； 注：首先要放置SignalCompiler图标（编译控制符号）
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一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计
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一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计
3）使用SignalCompiler进行模型文件的转换；
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
基于硬件描述语言的数字系统设计步骤 1）创建工程和编辑设计文件 （1）新建一个文件夹； （2）输入源程序； （3）文件存盘。 2）创建工程 （1）打开建立新工程管理窗； （ 2）将设计文件加入工程中； （ 3）选择仿真器和综合器类型； （ 4）选择目标芯片； （5）结束设置。 3）编译前设置 （ 1）选择目标芯片； （ 2）选择目标器件编程配置方式； （ 3）选择输出配置； （ 4）选择目标器件闲置引脚的状态； （5）编译模式的选择 4）编译 5）波形仿真 6）引脚锁定、编译和下载
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
1. 对DSP Builder 生成的工程文件进行编译
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
3. 硬件实现与测试 （1）引脚锁定； 与目标芯片的引脚连接关系表 （2）下载设计文件； （3）硬件验证设计电路。 注：输出需接并行D/A变换的数据输入端。
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
示例：正弦信号调制电路应用（输出接DAC0832） 第一步：基于DSP Builder设计模型与Quartus文件转换 阶梯信号发生器模块产生26=64个线性递增的地址数据 正弦函数：sin([起始值：步进值：结束值]) 变化范围-127~+127：127*sin(0:2*pi/2^6):2pi]) 变化范围0~255： *sin(0:2*pi/2^6):2pi])
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
示例：正弦信号调制电路应用（输出接DAC0832） 第一步：基于DSP Builder设计模型与Quartus文件转换 Initial seed用于设置起始值 Variance用于设置偏差 Mean设置随机函数的平均值 Scope”Parameters”(参数设置)中“Number of axes”参数为“2”表示双踪示波器
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
示例：正弦信号调制电路应用（输出接DAC0832） 第一步：基于DSP Builder设计模型与Quartus文件转换
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二、基于Quartus II的DSP模块调试
示例：正弦信号调制电路应用（输出接DAC0832） 第二步：基于Quartus II的工程编译与调试
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三、DSP Builder的层次设计 DSP Builder的层次设计是利用DSP Builder软件工具，将设计好的DSP模型生成子系统（SubSystem)，这个子系统是单个元件，可以独立工作，也可以与其他模块或子系统构成更大的设计模型，还可以作为基层模块，被任意复制到其他设计模型中。 命令：“Create subsystem”
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课堂小结 一、Matlab/DSP Builder的DSP模块设计 二、 基于Quartus II的DSP模块调试
（“Create subsystem”的应用）
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课外作业： 试设计一个可控正弦信号发生器。
课外作业： 试设计一个可控正弦信号发生器。
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