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硬件描述语言课程设计
题 目: 基于Verilog的DDS设计与显示
学 院: 自动化工程学院
专 业: 信号与信息处理
年 级: 2012级
姓 名: 黄山
2013年 1 月 19 日
1.设计要求
设计一个DDS信号发生器,能够产生三角波,要求频率、相位可调。实现VGA显示波形和参数。要求用DE2-70开发板完成。
设计要求:
一、DDS信号发生器设计要求:
(1) 频率两档可调;
(2) 峰峰值两档可调;
二、VGA波形和字符显示设计要求:
(1) 用红色显示2个周期波形;
(2) 在屏幕下方显示字符库。
2.设计原理及分析
一)DDS原理(以正弦信号为例)
对于正弦信号发生器,它的输出可以用下式来描述:
(1)
其中,SOUT 是指该信号发生器的输出信号波形,fOUT 指输出信号对应的频率。上式的表述对于时间t是连续的,为了用数字逻辑实现该表达式,必须进行离散化处理,用基准时钟clk进行抽样,令正弦信号的相位θ为
(2)
在一个clk周期Tclk,相位的变化量为
(3)
为了对进行数字量化,把2π切割为2N由此,每份clk周期的相位增量用量化值
(4)
且为整数。
(5)
显然,信号发生器的输出可描述为:
(6)
其中θK-1指前一个clk周期的相位值,同样得出
(7)
由上面的推导可以看出,只要对相位的量化值进行简单的累加运算,就可以得到正弦信号的当前相位值,为用于累加的相位增量量化值决定了信号的输出频率fOUT,并呈现简单的线性关系。
直接数字合成器DDS就是根据上述原理而设计的数控频率合成器,主要由相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表、和DAC构成。如图1中相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表是DDS结构中的数字部分,由于具有数控频率合成的功能,可称为NOC(Numerically Controlled Oscillators)。
图1 DDS信号发生器结构
二)VGA显示原理
常见的计算机显示器有CRT( Cathode Ray Tube ,阴极射线管)显示器和液晶显示器,本次设计针对CRT显示。CRT中的阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上,产生RGB三基色,合成一个彩色像素。用逐行扫描的方式显示图像。扫描从屏幕左上方开始,从左到右,从上到下,进行扫描。每扫完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置,在这期间,CRT对电子束进行消隐,每行结束时,用行同步信号进行行同步;扫描完所有行,用场同步信号进行场同步,并使扫描回到屏幕的左上方,同时进行场消隐,预备下一场的扫描。
场逆程扫描轨迹
场逆程扫描轨迹
正程轨迹图
正程轨迹图
图2 扫描轨迹
其中蓝色 – 行正程,红色 – 行逆程;正程显示(实线),逆程消隐(虚线)
1.VGA显示标准
VGA标准共有5个信号:R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、HS(行同步)、VS(场同步)
支持640*480分辨率
图3 VGA显示标准(行)
表1 行扫描时序
行扫描时序(单位:像素,即输出一个像素的时间)
Ta
Tb
Tc
Td
Te
Tf
Tg
时间
96
40
8
640
8
8
800
图4 VGA显示标准(场)
表2 场扫描时序
场扫描时序(单位:行,即输出一行的时间)
?
Ta
Tb
Tc
Td
Te
Tf
Tg
时间
2
25
8
480
8
2
525
VGA显示标准
时钟频率:25.175MHz(输出像素的频率)
行频:31469Hz
场频:59.94Hz (每秒图像刷新频率, 约60Hz)
2.时序处理
分别将场同步信号和行同步信号做时间近似处理
表3 对行同步做近似处理
行扫描时序(单位:us)
?
Ta
Tb
Tc
Td
Te
Tf
Tg
时间
3.8
1.6
0.3
25.4
0.3
0.3
前项之和
?
5.7us
26us
?
表4 对场同步做近似处理
场扫描时序(单位:行)
?
Ta
Tb
Tc
Td
Te
Tf
Tg
时间
2
25
8
480
8
2
525
作近似处理
2
忽略
480
忽略
482
这样,便可通过计数分频得
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