Материал: Sb96713

Варианты заданий

Содержание отчета

Отчет должен содержать: задание на работу; исходные файлы описания проекта; временную диаграмму работы; RTL-описание проекта, оценки по затратам оборудования; описание процесса макетирования.

Лабораторная работа 7 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА

Цель работы состоит в освоении маршрута проектирования фильтра и предполагает проектирование двух одинаковых по характеристикам КИХфильтров с использованием мегафункции Mega Core FIR Compiler САПР ПЛИС Quartus II и в базисе типовых библиотечных мегафункций.

Краткие сведения

Математически алгоритм работы цифрового фильтра представляет собой набор операций умножения с последующим сложением:

P

y(k) ci x(k i) ,

i 0

где P – порядок фильтра; x(k − i) – отсчеты входного сигнала; y(k) – отсчеты выходного сигнала; ci – коэффициенты фильтра.

Пример реализации такого фильтра на сумматорах и умножителях приведен на рис. 7.1, элементы FF выполняют функцию задержки. Особенности архитектуры FPGA позволяют проектировать КИХ-фильтры с применением распределенной арифметики.

21

Использование Mega Core Fir Compiler позволяет быстро спроектировать цифровой КИХ-фильтр исходя из заданных параметров: типа фильтра (Filter type); частоты взятия отчетов (Input Sample Rate), Гц; типа окна (Window Type); частоты среза (CutOff Freq), Гц; неравномерности АЧХ в полосе пропускания (Passband Ripple), дБ; минимального затухания в полосе задержива-

ния (Stopband Reject), дБ; порядка фильтра (Number of Taps); ширина переход-

ной полосы (Transition Bandwidth), задаваемой в неявном виде, Гц.

Для создания фильтра в окне графического редактора необходимо вызвать команду установки символа Symbol Tool и в появившемся окне запустить

MegaWizard Plug-In Manadger. Мегафункция Fir Compiler доступна из каталога

Installed Plug-Ins/DSP/Filters. Необходимо указать имя выходного файла, ПЛИС, на которой будет реализована данная мегафункция и язык ее описания.

Работа с мегафункцией FIR Compiler начинается с выбора параметров фильтра по команде Parametrize. В появившемся окне ParametrizeFIRCompiler (рис. 7.2) в поле Rate Specification задается фактор интерполяции (или децимации) фильтра, если необходимо спроектировать интерполяционный или децимирующий фильтр (по умолчанию Factor = 1).

Коэффициенты фильтра настраиваются в окне Coefficients Generator Dialog (рис. 7.3), запускаемом кнопкой Edit Coefficient Set, и могут быть как импортированы (Imported Coefficient Set), так и сгенерированы мегафункцией (Floating Coefficient Set). Для генерации коэффициентов необходимо в поле FilterType выбрать тип фильтра и определить его порядок, задав количество коэффициентов. В поле Window Type выбирается метод, по которому будет осуществлен синтез АЧХ фильтра. Во вкладках Cuttof Freq.1 и Sample Rate указывается граничная частота и частота дискретизации.

В настройках окна Parametrize-FIR Compiler надо задать разрядность входной шины и способ представления данных: signed – десятичное число со знаком, unsigned – десятичное число без знака; указать, какая память будет использоваться для хранения коэффициентов; определить архитектуру проектируемого КИХ-фильтра (параллельная или последовательная) и

22

тельно, к необходимости округления. Если модуль результата умножения не превышает единицы, то применение формата с плавающей запятой даст большую точность. Однако операции сложения в формате с плавающей запятой могут приводить к потере точности.

В работе предлагается преобразовать формат с плавающей запятой в формат с фиксированной запятой (Floating point to fixed point conversion) c

последующим масштабированием коэффициентов с выбранной точностью, в зависимости от которой мегафункция автоматически находит масштабный коэффициент.

Задание на работу

1.Создать проект в САПР Quartus II, спроектировать КИХ-фильтр, используя мегафункцию FIR Compiler. Разработать схему тестирования, состоящую из генератора синусоидального сигнала с изменяющейся частотой и спроектированного фильтра. Выполнить моделирование проекта.

2.Разработать схему КИХ-фильтра на основе умножителей и параллельного сумматора в соответствии с рис. 7.1. Коэффициенты фильтра сi вычис-

ляются с помощью мегафункции FIR Compiler (берутся в окне ParametrizeFIR Compiler по закладке Time Response & Coefficient Values в формате Fixed Point Value). После симуляции воздействия на временной диаграмме необходимо отобразить входную (синус) и выходную (выход фильтра) функции в аналоговом виде, настраиваемом через команду Display Format/Analog Waveform. Выполнить моделирование проекта.

3. Сравнить функциональные и временные характеристики полученных устройств, сравнить аппаратные затраты на их реализацию.

Варианты заданий

Содержание отчета

Отчет должен содержать: задание на разработку; описание настроек мегафункции FIR Compiler; исходные файлы описания проекта фильтра на ос-

24

нове библиотечных элементов; исходный файл генератора тестового воздействия; проект тестирования фильтра; временные диаграммы работы обоих фильтров; оценки по затратам оборудования; выводы по работе.

Лабораторная работа 8

ЗНАКОМСТВО С JTAG-ИНТЕРФЕЙСОМ

Цель работы состоит в изучении принципов работы интерфейса и основных его команд, алгоритма работы управляющего автомата порта тестового доступа, а также метода тестирования межсоединений с использованием граничного сканирования.

Краткие сведения

Работа выполняется с использованием программного пакета Scan Educator (Realease 1.0 November 15.1991), в котором выделяют три функции: информа-

ционную, которая знакомит с архитектурой JTAG-интерфейса и функциональным назначением его элементов; демонстрационную, дающую представление о протоколе обмена JTAG, способе и порядке загрузки команд и данных; моделирующую, предоставляющую возможность осуществлять загрузку команд и данных, анализируя их действия.

Тестовая установка представлена четырьмя окнами. В первом представлена внутренняя структура ПЛИС SN74BCT8244A, содержащая: входные и выходные контакты ИС, с подключенными к ним ячейками граничного сканирования (BSR) и основные регистры JTAG-интерфейса: регистры инструкций, данных и пропуска (BYPASS). В этом же окне присутствуют модели движковых переключателей и светодиодных индикаторов. Во втором окне расположены символы основных элементов управляющего контроллера JTAG-интерфейса (два переключателя, кнопка и индикатор принятого сигнала). Третье окно оперативно отображает текущее состояние контроллера тестового доступа (TAP). В четвертом окне отображается вся последовательность поступающих и фиксируемых в ИС данных JTAG-цепочки.

Задание на работу

1. Запустить программу Scaned.bat. Для знакомства с установкой выбрать в меню пункт TAP Control Testing и режим самостоятельной работы On Your Own. Изучить содержимое окон экрана. Управляющий автомат JTAGинтерфейса находится в исходном состоянии. Изменяя значения входных

25