今天給大俠帶來基于 FPGA Vivado 信號發生器設計，開發板實現使用的是Digilent basys 3。話不多說，上貨。

本篇掌握基于 FPGA Vivado 信號發生器設計，掌握基于添加文件和IP的Vivado工程設計流程，掌握基于Tcl的Vivado工程設計流程，學習信號發生器的基本組成結構。

設計原理

信號發生器能夠產生頻率波形可調的信號輸出，目前僅限于1Hz~4999Hz頻率范圍，波形可選擇三角波，方波，鋸齒波，以及正弦波。本系統在Basys3上構建了一個簡易信號發生器，簡化框圖如下：

原理：首先，通過按鍵設置波形的頻率，并通過撥碼開關設置波形的種類（一共有正弦波、三角波、方波、鋸齒波四種）。頻率值可以通過數碼管顯示。片上的輸出時鐘計算模塊能夠根據設置好的頻率值，計算波形查找表的輸出時鐘，以及生成查找表的地址。查找表根據波形選擇模塊，決定輸出何種波形數據，并在輸出時鐘的驅使下，輸出波形數據。最后，片上的DA模塊將波形數據發送給外部DA。本設計通過Basys3外接Pmod-DA1模塊，進行DA輸出。

操作步驟

基于添加文件和IP

1.?新建工程項目

1）?雙擊桌面圖標打開Vivado 2017.2，或者選擇開始>所有程序>Xilinx Design Tools> Vivado 2017.2>Vivado 2017.2；

2）?點擊‘Create Project’，或者單擊File>New Project創建工程文件；

3）?將新的工程項目命名為‘lab5’，選擇工程保存路徑，勾選‘Create project subdirectory’，創建一個新的工程文件夾，點擊Next繼續；

4）?選擇新建一個RTL工程，勾選Do not specify sources at this time(不指定添加源文件)，先不添加源文件。點擊 Next繼續；

5）?選擇目標FPGA器件：xc7a35tcpg236-1或Basys3；

6）?最后在新工程總結中，檢查工程創建是否有誤。沒有問題，則點擊Finish，完成新工程的創建。

2.?添加已經設計好的IP和HDL文件

工程建立完畢，我們將所需的IP文件夾(IP_Catalog)和實驗需要使用的HDL文件復制到已經創建的工程文件夾根目錄下：

源文件位于Basys3_workshopsourceslab5SrcHDL_source

復制完成后，如下圖所示：

1)?在Vivado界面左側Flow Navigator中展開PROJECT MANAGER，選擇‘Settings’；

2)?彈出窗口中，在左側Project Settings中展開IP一項，選擇‘Repository’，點擊右側的添加IP；

3)?選擇復制到工程文件夾根目錄下的IP文件夾；

4)?點擊OK完成添加；

5)?添加IP至工程。

5.1 在Flow Navigator中展開PROJECT MANAGER，選擇IP Catalog；

5.2 在右側IP Catalog窗口的搜索框中搜索‘clocking’，雙擊‘Clocking Wizard’開始配置IP；

5.3 配置IP。

5.3.1 將IP的名字由‘clk_wiz_0’修改為‘clock’；

5.3.2 選擇‘Output Clocks’，設置2路輸出時鐘（100MHz和50MHz）；

5.3.3 在Enable Optional I/O for MMCM/PLL一項中取消勾選‘reset’和‘locked’選項；

5.3.4 Vivado會創建新的文件夾保存配置完成的IP，點擊OK繼續；

5.3.5 彈出Generate Output Products窗口，在Synthesis Options中選擇‘Global’，點擊‘Generate’繼續。

5.4 同樣的，在IP Catalog窗口中添加Divider Generator，配置如下圖如下圖所示：

5.5 同樣的，依次在IP Catalog窗口中添加debounce和seg7decimal這兩個IP，使用默認IP設置，無需另外配置，并且Generate Output Products，完成后Sources窗格中如下圖所示：

6)?添加HDL文件至工程

6.1 在Flow Navigator中展開PROJECT MANAGER，選擇Add Sources；

6.2 在導向窗口中選擇‘Add or create design sources’，點擊Next繼續；

6.3 在Add or Create Design Sources頁面中選擇‘Add Files’；

6.4 找到lab5根目錄，選中添加下圖所示的2個HDL文件；

6.5 勾選‘Copy sources into project’，點擊Finish完成添加；

6.6 完成后Sources窗格中如下圖所示：

7)?添加物理約束(XDC)文件

7.1 在Flow Navigator中展開PROJECT MANAGER，選擇Add Sources；

7.2 在導向窗口中選擇‘Add or create constraints’，點擊Next繼續；

7.3 在Add or Create Design Sources頁面中選擇‘Add Files’；

7.4 找到約束文件路徑Basys3_workshopsourceslab5SrcConstraint，選中并添加‘signal_gen.xdc’文件；

7.5 勾選‘Copy sources into project’，點擊Finish完成添加。

3.?綜合、實現、生成比特流文件

1)?在左側Flow Navigator中依次點擊‘Run Synthesis’、‘Run Implementation’和‘Generate Bitstream’執行綜合、實現和生成比特流文件操作。或者，可以直接點擊‘Generate Bitstream’，Vivado工具會提示沒有已經實現的結果，點擊‘Yes’，Vivado工具會依次執行綜合、實現和生成比特流文件。

2)?完成后，選擇‘Open Hardware Manager’打開硬件管理器。

3)?連接Basys3開發板，點擊‘Open target’，選擇‘Auto connect’。

4)?連接完成后，點擊‘Program device’。

5)?檢查彈出框中所選中的bit文件，然后點擊Program進行下載。

設計驗證

1.?基于Analog Discovery2

按照下圖連接方式，首先將Pmod-DA1模塊插入在JC口上方，同時將Analog Discovery2的示波器CH1的輸出引線1+（橙色）和1-（橙白色）分別與Pmod-DA1模塊的A1和GND相連接。

1）?打開WaveForms軟件，連接Analog Discovery2設備

2）?在左側的功能選擇欄選擇‘Scope’，使用示波器

3）?打開示波器，點擊左上角‘Run’按鈕，波形輸出如下圖所示：

2.?基于OpenScope

按照下圖連接方式，首先將Pmod-DA1模塊插入在JC口上方，同時將OpenScope的示波器CH1的輸出引線1+（橙色）和1-（橙白色）分別與Pmod-DA1模塊的A1和GND相連接。

1）?打開Digilent Agent；

2）?在Windows工具欄右側，右鍵Digilent Agent圖標，選擇‘Launch WaveForms Live’，在瀏覽器中打開WaveForms Live；

3）?選擇在實驗二中已經添加的設備，點擊連接該設備；

4）?在界面右側將Time設置為2ms，找到并展開Osc Ch1（示波器Ch1），保持默認參數設置，點擊右上角開關按鈕，打開示波器。

5）?點擊界面右上角的‘RUN’按鈕，開始運行。在左側的示波器中觀察輸出波形結果。

通過DIGILENT Basys3開發板右側的上下左右鍵進行頻率調節，以及利用低兩位的開關來選擇輸出波形。

編輯：黃飛