Chirp函數(shù)的Nios Ⅱ嵌入式實(shí)現(xiàn)
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因此該Chirp信號(hào)源的功能是：在NiosⅡ中建立的微控制器；使用嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ建立對(duì)DDS頻率控制字輸出實(shí)時(shí)改變的任務(wù)；根據(jù)線性和非線性Chirp函數(shù)的特點(diǎn)控制字的輸出根據(jù)需要線性或者非線性輸出，并且在此設(shè)計(jì)中將該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高。利用VHDL語(yǔ)言編寫DDS模塊，首先根據(jù)Matlab計(jì)算出需要的正弦數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于ROM中供DDS模塊調(diào)用，并且通過微控制器中的Jtag_uart傳輸模塊在編程監(jiān)視窗口實(shí)時(shí)觀測(cè)當(dāng)前輸入頻率的大小，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/152464.htm
2 DDS模塊的設(shè)計(jì)
數(shù)字式頻率合成器(DDS)模塊的工作原理是：將O～2π的正弦函數(shù)值分為N份，將各點(diǎn)的幅度值存入ROM中，再用一個(gè)相位累加器每次累加相位值ωT，得到當(dāng)前的相位值，通過查找ROM得到當(dāng)前的幅度值。其系統(tǒng)框如圖5所示。
DDS的幾個(gè)主要參數(shù)是：系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，頻率控制字長(zhǎng)，頻率分辨率，ROM單元數(shù)，ROM字長(zhǎng)。該設(shè)計(jì)的DDS是32位的，時(shí)鐘頻率為50 MHz，頻率控制字長(zhǎng)為32位，ROM單元數(shù)為2的11次方，ROM字長(zhǎng)為16位。而且有如下關(guān)系：
頻率分辨率=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率／232；
頻率控制字(FTW)=f×232／T；
其中：f為要合成的頻率；T為系統(tǒng)時(shí)鐘。
DDS的工作過程為：每次時(shí)鐘的上升沿到來時(shí)，相位累加器(32位)中的值累加上頻率寄存器(32位)中的值，再利用累加器的高11位作為地址進(jìn)行ROM查表，輸出相應(yīng)的幅值數(shù)字信號(hào)。
如果是掃頻工作，只需要根據(jù)一定的規(guī)律實(shí)時(shí)修改頻率控制字，就可以達(dá)到掃頻輸出的目的。但是該系統(tǒng)的性能受到以下兩個(gè)方面的制約：ROM單元數(shù)和ROM數(shù)值的有限字長(zhǎng)。由于ROM大小的限制，ROM的單元地址位數(shù)一般都遠(yuǎn)小于相位累加器的位數(shù)，這樣只能取相位累加器的高位作為ROM的地址進(jìn)行查詢，這就相當(dāng)于引入了一個(gè)相位誤差。而且ROM的有限字長(zhǎng)，不能精確表示幅度值，相當(dāng)于引入了一個(gè)量化誤差。因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的性能要求選擇合理的ROM。為了解決ROM的受限問題，該設(shè)計(jì)采用ROM壓縮技術(shù)。因?yàn)檎?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/函數(shù)">函數(shù)存在對(duì)稱和反轉(zhuǎn)特性，即：
對(duì)于O～2兀的幅度值，可以只存儲(chǔ)O～π／2的部分。這樣原本需要的2的11次方個(gè)單元的ROM現(xiàn)在只需要2的9次方個(gè)單元的ROM就可以實(shí)現(xiàn)。在MatIab中產(chǎn)生16位512點(diǎn)的O～π／2正弦波數(shù)據(jù)的命令如下：
將Y數(shù)據(jù)依次存入Altera公司提供的Megawiz-ard宏單元實(shí)現(xiàn)的ROM中即可。
3 嵌入式微處理器的實(shí)現(xiàn)
嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)包括3個(gè)部分：利用SoPCBuilder定制的軟核CPU，在QuartusⅡ環(huán)境下設(shè)計(jì)的電路和NiosⅡ編程。
本設(shè)計(jì)的軟核CPU采用NiosⅡ／S標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)核，帶有16 KB的Cache；集成了外部的FLASH和SDRAM控制器用于保存程序數(shù)據(jù)；Jtag_Hart電腦開發(fā)板傳輸接口用于建立良好的用戶交互接口使用戶能在console界面上觀察程序運(yùn)行情況；兩個(gè)位寬分別為8位和3位的輸出口作為輸出DDS模塊的控制字；定時(shí)器用于產(chǎn)生CPU系統(tǒng)時(shí)鐘；LCD控制接口用于在LCD顯示一些需要的信息。
評(píng)論