基于fpga的声场测试仪的设计论文

基于fpga的声场测试仪的设计论文内容摘要：

发了整套工具 (包括 SOPC Builder， NiosⅡ集成设计环境和 QuartusⅡ开发软件 )帮助用户加速硬件和软件的开发，实现完整的基于可编程逻辑的SOPC 解决方案 8 Quartus II 是目前进行 Altera 的 CPLD、 FPGA 和结构化 ASIC 设计的最佳软件， 具有强的的功能及良好的易用性。 相比较传统的 Max+plusII 软件和早期版本的 Quarters 软件，它有更好的性能表现，更多的功能，能够对 CPLD和 FPGA 器件的最新系列进行设计。 它能够支持全系列的 MAX174。 II CPLD 以及 Cyclone™、 Stratix™ 和 Stratix II FPGA 以及 HardCopy™结构化 Asic，支持 MAX、 FLEX174。 和 ACEX174。 设计。 SOPC Builder 是在 Altera FPGA 中实施 IP 的关键工具。 该系统级工具使用Altera 的 MegaWizard 技术自动生成 Avalon 的交换架构，将设计中的不同功能模块连接在一起。 SOPC Builder 还会生成定制软件开发工具，根据需要为由NiosⅡ处理器控制的功能模块提供合适的软件头文件。 NiosⅡ IDE 是 NlosⅡ软核处理器的主要开发工具。 他为软件开发提供了一个集成的设计开发环境，包括一个具有工程管理、源代码开发、基于 JTAG调试功能的图形用户界面 (GUI)，大大简化了大量复杂的 NiosⅡ 处理器设计。 VHDL 语言介绍 VHDL 的 英 文 全 名 是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，诞生于 1982 年。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美国国防部确认为标准硬件描述语言。 自 IEEE公布了 VHDL的标准版本， IEEE1076（简称 87 版 )之后，各 EDA 公司相继推出了自己的 VHDL 设计环境，或宣布自己的设计工具可以和 VHDL 接口。 此后 VHDL 在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。 1993 年， IEEE 对 VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 VHDL 的内容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 标准的 10761993 版本，（简称 93 版）。 现在，9 VHDL 和 Verilog 作为 IEEE 的工业标准硬件描述语言，又得到众多 EDA 公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。 有专家认为，在新的世纪中， VHDL 于 Verilog 语言将承担起大部分的数字系统设计任务。 VHDL 主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。 除了含有许多具有硬件特征的语句外， VHDL 的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。 VHDL 的程序结构特点是将一 项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分，及端口 )和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。 在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。 这种将设计实体分成内外部分的概念是 VHDL 系统设计的基本点。 应用 VHDL 进行工程设计的优点是多方面的。 （ 1）与其他的硬件描述语言相比， VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。 强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑 行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。 （ 2） VHDL 丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。 （ 3） VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。 符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。 （ 4）对于用 VHDL 完成的一个确定的设计，可以利用 EDA 工具进行逻辑综合和优化，并自动的把 VHDL 描述设计转变成门级网表。 （ 5） VHDL 对设计的描述具有相对独 立性，设计者可以不懂硬件的结构，10 也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。 C 语言 介绍 C 语言是一种计算机程序设计语言。 它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。 它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。 因此，它的应用范围广泛。 主要有以下特点： C 语言在很多方面都可以用，不仅仅是在软件开发上，各类科研都是需要用到 C 语言的。 具体应用比如我是学硬件的，单片机以及嵌入式系统都可以用 C 来开发。 C 语言发展如此迅速 , 而 且成为最受欢迎的语言之一 , 主要因为它具有强大的功能。 特别是加入一些汇编语言子程序后，更能显示 C 语言的优势。 归纳起来 C 语言具有下列特点 : C 是中级语言它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作 , 而这三者是计算机最基本的工作单元。 C 是结构式语言结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化 , 即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。 这种结构化方式可使程序层次清晰 , 便于使用、维护以及调试。 C 语言是以函数形式提供给用户的 , 这些函数可 方便的调用 , 并具有多种循环、条件语句控制程序流向 , 从而使程序完全结构化。 C 语言功能齐全 C 语言具有各种各样的数据类型 , 并引入了指针概念 , 可使程序效率更高。 另外 C 语言也具有强大的图形功能 , 支持多种显示器和驱动器。 而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大 , 可以实现决策目的编游戏，编 3D 游戏，做数据库，做联众世界，做聊天室，做 PHOTOSHOP 做 FLASH，11 做 3DMAX。 C 语言适用范围大 C 语言还有一个突出的优点就是适合于多种操作系统 , 如 DOS、 UNIX,也适用于多种机型。 C 语言对操作系统 和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用 C 语言明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用 C 语言编写的。 C 语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。 它是数值计算的高级语言。 VHDL 与 C 语言的区别 vhdl 是一门硬件描述语言，采用的是自顶向下的设计思想，即先描述一个电路的总体功能，然后给予具体地实现。 就像搭建电路一样，先给出总体框图然后分块实现。 一个电路当然就有级联的和并联电路就是所谓的用“并行语句和顺序语句”来描述。 而 c 语言目前还没有一个编译器能把它翻译为硬件描述语言，尽管 Verilog 有点像 c 所谓象是他们的设计思路有点象，具体的语法规则还是有很大差异。 c 语言目前几乎都是在 cpu 中运行所以只能按指令的形式按顺序执行下来。 FPGA 设计流程 在 FPGA 系统设计完成前，有 2 个不同的阶段：设计阶段、调试和检验阶段，如图 所示。 设计阶段的主要任务是输入、仿真和实现；调试和检验阶段的主要任务是检验设计，校正发现的错误。 12 图 2. 1 FPGA 设计流程图 显示接口及显示设 备的选择 ：带有 VGA 接口的液晶显示器 VGA 数据线 VGA（ Video Graphics Array）是 IBM 于 1987 年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准，这个标准已对于现今的个人电脑市场已经十分过时。 即使如此， VGA 仍然是最多制造商所共同支援的一个低标准，个人电脑在加载自己的独特驱动程式之前，都必须支援 VGA 的标准。 显示接口的发展与种类 VGA 接口： VGA 的英文全称是 Video Graphic Array，即显示绘图阵列。 VGA 支持在 640X480 的较高分辨率下同时显示 16 种色彩或 256 种灰 度，同时在 320X240 分辨率下可以同时显示 256 种颜色，这在当时绝对是巨大的飞13 跃。 我们的眼球对颜色的敏感远大于分辨率，所以即使分辨率较低图像依然生动鲜明。 VGA 由于良好的性能迅速开始流行，厂商们纷纷在 VGA 基础上加以扩充，如将显存提高至 1M 并使其支持更高分辨率如 800X600 或 1024X768，这些扩充的模式就称之为 VESA（ Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）的 Super VGA 模式，简称 SVGA，现在的显卡和显示器都支持 SVGA 模式。 不管是 VGA 还是 SVGA，使用的连线都是 15 针的梯形插头，传输模拟信号。 AV 接口： AV 接口实现了音频和视频的分离传输，这就避免了因为音 /视频混合干扰而导致的图像质量下降，但由于 AV 接口传输的仍然是一种亮度 /色度 (Y/C)混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮 / 色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。 AV 还具有一定生命力，但由于它本身 Y/C 混合这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。 DVI 接口： DVI 接口的英文全称是 Digital Visual Interface，其标准是 1999年由 Intel、 Compaq、 IBM、 HP、 NEC、 Fujitsu 等公司共同组成数字显示工作组 DDWG（ Digital Display Working Group）推出的数字显示接口。 它的基础是Silicon Image 公司的 Panel Link 接口技术， Panel Link 接口技术采用的是最小化传输差分信号（ Transition Minimized Differential Signaling， TMDS）作 为基本电气连接。 计算机中生成的图像信息传送到显示处理单元（显卡）中，经处理并编码成数据信号，数据信号中包含了一些像素信息、同步信息以及一些控制信息，信息通过 3 个通道输出。 同时还有一个通道用来传送使发送和接收端14 同步的时钟信号。 每一个通道中数据以差分信号方式传输，因此每一个通道需要 2 根传输线。 由于采用差分信号传输，数据发送和接收中识别的都是压差信号，因此传输线缆长度对信号影响较小，可以实现远距离的数据传输。 在接收端对接收到的数据进行解码，并处理生成图像信息供数字显示设备显示。 在DVI 标准中对接口的物理方式、电气 指标、时钟方式、编码方式、传输方式、数据格式等进行了严格的定义和规范。 HDMI 接口： HDMI，英文全称是 High Definition Multimedia Interface，中文名称是高清晰多媒体接口的缩写。 2020 年 4 月，日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和 Silicon Image 七家公司联合组成 HDMI 组织。 HDMI 能高品质地传输未经压缩的高清视频和多声道音频数据，最高数据传输速度为5Gbps。 同时无需在信号传送前进行数 /模或者模 /数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。 HDMI 不仅可以满足 目前最高画质 1080P 的分辨率，还能支持 DVD Audio 等最先进的数字音频格式，支持八声道 96kHz 或立体声 192kHz数码音频传送，而且只用一条 HDMI 线连接，免除数字音频接线。 同时 HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频格式中。 足以应付一个1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号。 而因为一个 1080p 的视频和一个 8 声道的音频信号需求少于 4GB/s，因此 HDMI 还有很大余量。 这允许它可以用一个电缆分别连接 DVD 播放器，接收器和 PRR。 此外 HDMI 支持 EDID、 DDC2B，因此具有 HDMI 的设 备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频 /音频格式。 数字接口与模拟接口的比较 DVI接口的传输信号采用全数字格式，与之对应的是采用模拟信号的 VGA15 接口。 VGA 和 DVI 的区别， VGA 模拟信号的传输首先是将电脑内的数字信号转换为模拟信号，将信号发送到 LCD 显示器，而显示器再将该模拟信号转换为数字信号，形成画面展示在大家面前，正因为如此，中间的信号丢失严重，虽然可以通过软件的方法修复部分画面，但是随着显示器的分辨率越高画面就会越模糊。 一般模拟信号在超过 1280 1024 分辨率以上的情况下就会出现明显的误差，分辨率越高越严重。 而 DVI 数字接口可以直接将电脑信号传输给显示器，中间几乎没有信号损失，不过在 800 600 这种分辨率下，和模拟信号的效果几乎没有差别，这也就是很多人觉得 DVI 接口没有用处的原因。 选择结论 ： VGA 接 口 VGA 和 DVI 做为目前最常见的接口，占领着市场的大部分份额。 但是数字接口的优势是传统模拟接口无法代替的。 VGA 接口很长一段时间内将会存在于小尺寸面板及低端 LCD 显示器中。 本系统是仅需工作在 640*480 分辨率下，本着就地取材的出 发。