基于FPGA的DDS在安路TD和EG4A20BG256上的实现(二)

本文介绍如何在安路科技的TangDynasty软件环境中,使用FA301开发板和EG4A20BG256芯片实现基于FPGA的DDS信号发生器。该发生器能够产生正弦波、方波、三角波和锯齿波,并可通过外部控制切换不同波形和频率。

文章目录

前言

TangDynasty(TD)软件是安路科技自主开发的FPGA集成开发环境,支持工业界标准的设计输入,包含完整的电路优化流程以及丰富的分析与调试工具,并提供良好的第三方设计验证工具接口,为所有基于安路科技FPGA产品的应用设计提供有力支持。


本文介绍在安路TD软件上实现基于FPGA的DDS信号发生器。
本设计使用大科电子工作室的FA301开发板,核心芯片为安路科技EG4A20BG256
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一、初始配置

(软件下载安装见主页)

1、打开TD软件,建立新工程
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2、选择使用器件,设置工程的存放位置和名字
这里我们使用的是安路开发的EG4系列芯片EG4A20BG256。
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3、新建工程完成
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4、新建IP核
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选择Primitive IP——Memory——ROM
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给IP器件配置参数,导入.mif文件,.mif文件的生成方法见下文(见第五步)
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这里选择.v文件,点击Yes,IP核就建立好了
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根据上述步骤添加分别正弦波、方波、三角波、锯齿波的IP核,添加完成后如下图
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5、生成.mif文件
这里推荐使用mif生成器Mif_Maker2010
下载地址与使用说明

下载完成后打开Mif_Maker2010
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设置全局参数
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设置无符号10进制数据,数据位宽12位,长度4096

以生成正弦波的.mif文件为例
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保存.mif文件(这里不要选用另存为,会无法保存数据)
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选择保存显示的就是另存为,放在刚才建立的工程文件下al_ip文件里
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按照以上步骤分别生成正弦波、方波、三角波、锯齿波.mif文件,生成完成后如下图
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6、新建.v文件,编写程序
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设置程序文件为顶层文件
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程序DDS.v代码如下

module DDS(
  input clk,
  input rst_n,
  input [1:0] Mode_Sel,
  input [1:0] fword_sel, 
  output DA_clk,
  output reg [11:0] Data

);
  reg [31:0] r_fword;
  reg [11:0] r_pword;
  reg [31:0] cnt;
  
<think>嗯...用户这次问的是EG4S20BG256开发板的按键控制原理FPGA实现,看来是个硬件开发者呢。从引用内容看,用户之前可能在研究DDS信号发生器音频播放,突然转向按键控制,可能是项目需要人机交互功能了。 用户引用的三篇文献其实当前问题关联不大,第一篇讲DDS实现,第篇详细描述了I2S音频配置,第三篇提到紫光同创开发板。不过第篇里提到的TD IDE操作EG4A20BG256芯片配置倒是值得参考——虽然芯片型号不同,但同属安路科技FPGA系列,开发流程应该相似。 注意到用户把芯片型号写成了EG4S20BG256,但安路官网显示应该是EG4S20...用户可能是手误?不过两种型号的IO结构应该类似。用户要的按键控制原理其实可以拆解成三层:硬件电路(防抖电阻电容)、FPGA逻辑(时钟同步)软件消抖(计数器或状态机)。 代码实现部分...用户显然需要可直接移植的示例。考虑到安路FPGAVerilog语法特性,示例代码要包含明确的IO约束时钟处理。用户没说明按键数量,先按最典型的单按键给出核心代码,再补充多按键矩阵的扩展方案比较稳妥。 啊,突然想到用户可能要做音频控制的物理按键?那消抖时间参数需要特别说明,毕竟音频设备对响应延迟更敏感。要不要主动问用户具体应用场景呢...算了,先在相关问题里预留这个方向吧。 </think>以下是针对EG4S20BG256开发板按键控制原理及FPGA代码实现的详细说明: --- ### **一、按键控制原理** 1. **硬件电路原理** - 按键通常连接FPGA的GPIO引脚,默认通过**上拉电阻**保持高电平(逻辑1) - 按键按下时接通GND,引脚变为低电平(逻辑0) - 典型电路结构: ```plaintext VCC → 上拉电阻 (10k&Omega;)FPGA_GPIO ↘ 按键开关 → GND ``` - **防抖设计**:硬件层面可并联0.1μF电容过滤抖动,软件层面需时序消抖[^1] 2. **FPGA响应流程** ```mermaid graph TD A[按键按下] --> B{FPGA检测电平变化} B -->|低电平| C[启动消抖计数器] C --> D{稳定低电平?} D -->|是| E[生成有效按键信号] D -->|否| F[忽略抖动] ``` --- ### **FPGA代码实现Verilog示例)** #### 1. **单按键消抖模块** ```verilog module debounce ( input clk, // 系统时钟(如50MHz) input key_in, // 原始按键输入 output reg key_out // 消抖后输出 ); reg [19:0] count; // 20位计数器(约21ms消抖时长 @50MHz) reg key_stable; // 稳定状态寄存器 always @(posedge clk) begin key_stable <= key_in; // 同步按键状态 if (key_stable != key_out) begin // 状态变化时启动计数器 count <= count + 1; if (&count) key_out <= key_stable; // 计数器满时更新输出 end else count <= 0; // 状态未变化时清零计数器 end endmodule ``` #### 2. **多按键扫描控制(4x4矩阵键盘扩展)** ```verilog module key_matrix ( input clk, output reg [3:0] row, // 行扫描信号 input [3:0] col, // 列检测信号 output reg [3:0] key_val // 按键编码输出 ); reg [1:0] state; reg [15:0] debounce_cnt; always @(posedge clk) begin case(state) 0: begin // 扫描第0行 row <= 4'b1110; if (col != 4'b1111) begin key_val <= {2'b00, ~col}; state <= 2; end end 1: begin // 扫描第1行(类似逻辑扩展) row <= 4'b1101; ... end 2: begin // 消抖等待 if (&debounce_cnt) state <= 0; else debounce_cnt <= debounce_cnt + 1; end endcase end endmodule ``` --- ### **三、关键实现细节** 1. **时钟频率适配** 消抖计数器位宽根据系统时钟调整: - 50MHz时钟 → 20位计数器($2^{20}/50e6 ≈ 21ms$) - 12MHz时钟 → 18位计数器($2^{18}/12e6 ≈ 22ms$) 2. **异步信号同步化** 添加两级D触发器避免亚稳态: ```verilog reg key_sync1, key_sync2; always @(posedge clk) begin key_sync1 <= key_in; // 第一级同步 key_sync2 <= key_sync1; // 第级同步 end ``` 3. **资源优化技巧** - 共享消抖计数器减少逻辑资源占用 - 使用独热码(one-hot)编码多按键状态 --- ### **四、硬件连接参考(EG4S20BG256)** | FPGA引脚 | 开发板按键 | 功能 | |----------|------------|------------| | `C12` | KEY0 | 用户按键1 | | `B11` | KEY1 | 用户按键2 | | `A10` | KEY2 | 复位按键 | | ... | ... | ... | > 注:具体引脚需查阅开发板原理图,通过TD IDE的约束文件(.adc)绑定[^2] ---
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