Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA

thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 24 trong phim. Chúng là loại bộ nhớ hội tụ đủ những yêu cầu của úng dụng của ta .Bởi vì nó có công suất chứa lớn, tốc độ truyền dữ liệu nhanh và cổng “đọc” và “ghi” riêng. Hơn nữa chúng được hợp nhất ở mức độ cao, làm đơn giản việc thiết kế bản mạch. Sau khi nghiên cứu và tìm hiểu các thiết bị có sẵn trên thị trường Việt Nam thì em chọn bộ nhớ của hãng Averlogic là AL422. Nó là một bộ nhớ hình ảnh và cũng giống như hầu hết các bộ nhớ hình ảnh khác, nó được thiết kế và chế tạo dựa trên công nghệ DRAM. Mặc dù bus dữ liệu bên ngoài chỉ rộng 8 Bit, phần lớn bộ nhớ hình ảnh sử dụng bus bên trong có chiều rộng hơn. ĐIều này làm tăng tốc độ hiệu quả nhờ tính tương đương. Logic tốc độ cao được dùng để chia tách bus bên trong thành nhiều phần 8 bit,mà sau này nó đó được đặt trên bus dữ liệu đầu ra. Thêm vào đó bộ điều khiển DRAM và address , nó tạo ra logic được giử trong AL 422.Vị trí dữ liệu được ghi vào được nhớ vào một thanh ghi địa chỉ. Giá trị của thanh này có thể là lớn lên hoặc về 0 (điểm bắt đầu của bộ nhớ). Tuy nhiên nó ko thể được dịch chuyển tới 1 vị trí ngẫu nhiên nào đó mà phải được tăng hay giảm một cách tuần tự vì quá trình ghi phải diễn ra liên tục. Những bộ nhớ hình ảnh chạy giống như những bộ đếm trong mà khi thanh ghi tiến tới đoạn cuối của bộ nhớ, nó sẽ tự động reset về điểm bắt đầu và lại bắt đầu ghi đè lên điểm đã có trước đó. Quá trình đọc sử dụng thanh ghi đọc tương tự. Vì thế những bộ nhớ hình ảnh thường được gọi là First In First Out Buffers (FIFO). Hình 13: Sơ đồ thực hiện chức năng của AL422 AL422 sử dụng 3 chân để kiểm soát quá trình ghi. WCLK, /WE, và /WRST. Dữ liệu sẽ được ghi vào bộ nhớ theo sườn xung ghi dữ liệu (WCLK) khi chân write enable cao (WE), và bộ đếm địa chỉ sẽ tăng dần theo sườn của xung clock. Trong trường hợp Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 25 thanh ghi (hay bộ đếm địa chỉ) ko được gia tăng thì dữ liệu ko được ghi. Để ghi lại dữ liệu vào bộ nhớ tại điểm đầu tiên cảu thanh ghi địa chỉ có giá trị 0 ta phải đưa chân write reset (WRST) xuống thấp và xung ghi (WCLK), địa chỉ sẽ được reset về điểm bắt đầu của bộ nhớ và dữ liệu được ghi vào điểm bắt đầu cùng với các địa chỉ tiếp theo khi thanh ghi địa chỉ tăng lên.. Quá trình đọc được kiểm soát bởi 4 chân, RCLK, /RE, /RRST và /OE. Dữ liệu cũng được đọc theo sường xung của xung read clock (RCLK), thanh địa chỉ đọc ra được gia tăng khi chân read enable (/RE) và chân OE ( output enable) cao,thì dữ liệu mới được đưa ra. Nếu chân OE mà ở mức thấp thì thanh ghi địa chỉ đọc dừng lại và dữ liệu không được ra hoặc thanh ghi địa chỉ vẫn tăng thế nhưng dữ liệu vẫn được chốt tại đó và không được ra. Thanh ghi địa chỉ đọc cũng có thể được reset về điểm bắt đầu của bộ nhớ bằng cách đăt chân read reset (/RRST) ở mức thấp và xung RCLK. Mặc dù được điều khiển bằng tay ở bên trong, DRAM refresh thu được từ RCLK or WCLK (bất cứ cái nào nhanh hơn), vì thế để duy trì tính nguyên vẹn của dữ liệu ít nhất 1 trong các tín hiệu trên phải được giữ chạy nhanh hơn 1MHz. 3.1.2 Bộ biến đổi tương tự - số ADC Hình 13: Sơ đồ khối của ADC TDA 8703 ADC được dùng biến đổi dạng sóng tương tự sang dạng xung PAM. Vì bản chất tự nhiên riêng biệt của tín hiệu số, dạng sóng tương tự sẽ được lượng tử hoá đến mức Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 26 tương đương số gần nhất và chuyển thành tín hiệu số. Sự chuyển ADC càng lớn thì sai số sự lượng tử hoá được đưa vào càng nhỏ. Ta thấy có rất nhiêu loại ADC trên thị trường nhưng để thỏa mãn nhưng để đạt được những yêu cầu và lý do dùng FPGA làm bộ điều khiển cho dao động số có nhớ em tìm hiểu trên thị trường thì em thấy TDA8703 là phù hợp nhất.Bởi vì nó có tốc độ lấy mẫu rất cao (có thể đạt được tốc độ tối đa là 140MHz). Tuy nhiên ta cũng có thể thay thế bởi các ADC khác có sẵn trên thị trường. Phần lớn ADC tốc độ cao dùng phương thức Flash Conversion, cái này sử dụng theo các mảng song song của 2n-1 bộ so sánh (n là độ phân giải của ADC trong các bit). Điều này có nghĩa là cứ mỗi 8bit, máy đổi điện lại yêu cầu 255 bộ so sánh. Mức độ phức tạp này không chỉ làm tăng chi phí mà còn làm hạn chế tốc độ tối đa mà bộ biến đổi có thể hoạt động. TDA8703 sử dụng phương thức Flash Conversion truyền lại, trong ADC này thì bộ biến đổi được chia tách thành 7 cấp với mỗi cấp dùng 1 trình chuyển đổi cực nhanh 2 bit. Chính điều này làm giảm số bộ so sánh được yêu cầu xuống còn 28 và đây cũng là một ưu điểm của bộ biến đổi ADC nhanh dùng phương thức biết đổi Flash Conversion. Mặc dù nó đưa ra một góc trễ 7 chu kì đồng hồ giữa tín hiệu tương tự được đưa vào và dữ liệu xuất hiện trên các đầu ra. Đối với chương trình ứng dụng này thì điều đó là có thể chấp nhận được. Hình 15: sơ đồ nối chân của ADC TDA 8703 Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 27 3.1.3 Bộ khuếch đại đệm Khi tín hiệu tương tự được đưa vào mà DSO đang hoạt động ở chế độ xen kẽ giữa tín hiệu alnalog và logic analyser, thì tín hiệu tương tự được đưa vào 2 ADC thông qua một bộ khuếch đại đệm. Khi đó bộ trung gian này sẽ vừa có chức năng làm một bộ khuếch đại tín hiệu vừa có chức năng là môt bộ đệm tín hiệu. Cả 2 chức năng này có thể đạt được với 1 bộ khuêch đại đệm (ở đây em dùng Elantec EL4332C). Bởi vì nó thỏa mãn nhưng yêu cầu đặt ra của thiết kế. Hình 16:Sơ đồ thực hiện nối chân của EL4332 EL4332C có bề rộng băng tần tối đa 300MHz và chứa đựng 3 bộ tiền khuêch đại nên rất phù hợp với các đầu vào đa thành phần. Điều đó làm nó trở nên rất phù hợp đối với ứng dụng này vì nó có thể thực hiện cả chuyển mạch đệm và đảo mạch đầu vào. 1 tín hiệu logic đơn được dùng như đầu vào cho cả 3 bộ tiền khuêch đại. Tuy nhiên mặt hạn chế của nó là cũng như phần lớn các bộ khuếch đại có độ rộng băng tần cao khác, hệ số khuếch đại của nó được cố định là 2. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 28 Hình 17:sơ đồ thực hiện khuếch đại Hình 18:Sơ đồ khối bên trong của EL4332 3.1.4 Điều khiển logic Những DSO trước đó có dùng những con chip bán dẫn để thiết kế và làm chúng để điều khiển thì chỉ dùng các PLA (Programmable Logic Devices). Thế nhưng những con chip này có độ tích hợp thấp và không thỏa mãn những như cầu sử dụng ngày càng cần tốc độ cao nên nó dần bị thay thế. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 29 Để có được tốc độ cao để đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng và đo các tần số cao thì hiện nay người ta thường dùng các chip FPGA để thực hiện. Chúng được dùng như trái tim của cả hệ thống. Bởi vì chúng có độ tích hợp rất cao như đã trình bày ở chương 1 nên chúng có thể đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ và hơn thế nữa với những tính năng của nó ta có thể dễ dàng lập trình và cấu hình nó để thực hiện những yêu cầu của ứng dụng. Chính vì thế chúng ta sẽ giảm được kích thước của mạch bởi tất cả vần đề điều khiển đều nằm ở con chip FPGA. Để điều khiển các khối khác trong mạch của DSO thì ta có thể chương trình hóa cho FPGA để nó thực hiện nhiệm vụ này. Cũng bời do chương trình hóa cho FPGA ngày nay rất dễ dàng với các ngôn ngữ như VHDL hay verilog HDL cùng với các chương trình của Altera. Hơn nữa ngày nay giá thành của FPGA ngày càng giảm mạch và có rất sẵn trên thị trường các linh kiện bán ở Việt Nam. Dưới đây là các sơ đồ logic của chip FPGA FLEX 8K của Altera Hình 19: Sơ đồ khổi của FLEX 8K Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 30 Hình 20:Sơ đồ khối logic của FLEX8K Ta có thể thấy trên hình vẽ thì các chân I/O đều được bố chí xung quanh chip và chúng được kế nối vào các thanh phần logic và các LUT của chip, chúng hợp thành các cột các hàng và thông qua các mạng kết nối ben trong chip. Và cũng giống như tất cả các chip FPGA khác nó cung câp những xung nhịp tần số nhanh ở đầu ra và thời gian nhanh tại nơi lấy đầu vào. Ở đây mỗi LAB(Logic Array Block) là gồm 8 LE (logic element ) cung cấp 4 tín hiệu điều khiển và mỗi tín hiệu điều khiển có thể điều khiển 8 LE. Trong 4 tín hiệu điều khiển của LAB thì trong đó có 2 tín hiệu có thể được sử dụng giống như các clock và 2 tín hiệu còn lại có thể được sử dụng như tín hiều reset và enable.Những tín hiều điều khiển có thể lấy từ tín hiệu đầu vào của ta. Chip FPGA của Altera là EPF8282A-84, là một trong những dòng chip của họ FLEX 8K. Nó là 1 chip 84 pin PLCC với 68 chân có thể kết nối I/O . Loại này phù hợp với ứng dụng hơn và có những lợi thế mà con chip có thể được lắp để phát triển dễ dàng. Do bản chất của FPGA, chúng có thể hoạt động ở tốc độ nào là phụ thuộc vào việc thiết kế mà chúng thực hiện. Mặc dù chip được chọn là loại có tốc độ chậm nhất nhưng nó vẫn có khả năng vận hành máy đếm lớn ở mức trên 80MHz. Cũng như tất cả nguyên lý thiết kế mà FPGA sẽ thực hiện vận hành ở mức 50mHz hay thấp hơn thì nó là đủ. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 31 FLEX 8K là thiết bị cung cấp những ứng dụng rộng rãi như xử lý tín hiệu số, dùng cho những vận hành mà có đường dữ liệu rộng và biến đổi dữ liệu. Trong thiết bị này có những lựa chọn cho giao diện bus, tích hợp các TTL đặc biệt là điều khiển với tốc độ cao. Những sản phẩm mà có số chân lớn có thể tích hợp được tới 32 bộ mutiple trong một thiết bị. FLEX 8K cung cấp 4 bộ đầu vào chuyên dụng cho việc đồng bộ điều khiển tín hiệu cùng với trở tải lớn. Mỗi chân I/O có kết hợp một thanh ghi trên mặt ngoài của thiết bị. Giống như đầu ra thì thanh ghi cũng có những loại có xung đồng hồ nhanh để đảm bảo việc ra tín hiệu nhanh chóng và chúng có những thiết đặt nhanh vè mặt thời gian. Hầu hết các FLEX 8k được cấu hình cùng với các kiến trúc CMOS SRAM. Nó có thể cấu hình lượng dữ liệu được lưu trữ trong chuẩn công nghiệp. Nó có thể cấu hình việc lưu trữ song song trong hay cấu hình nối tiếp trong các EEPROM hoặc cung cấp những dữ liệu bằng điều khiển hệ thống. Việc cấu hình này có thể cho phép lưu trữ dữ liệu nên tới 32K x 8 bit hoặc lớn hơn trong các EPROM. Hơn nữa chúng có thể lấy từ RAM của hệ thống để cung cấp những dữ liệu cần thiết cho nó hoạt động Chúng ta có thể dùng các công cụ phần mềm như MAX+PLUS II hay QUATUS II để cấu hình chúng theo những ứng dụng mong muốn của người dùng. Để cấu hình chúng thì tất nhiên chúng ta phải biết một trong những ngôn ngũ là VHDL và Verilog HDL để lập trình mô tả phẩn cứng cần thực hiện. 3.1.5 Giao tiếp với máy tính Có một số tuỳ chọn cho giao giao tiếp giữa DSO với PC: Serial Port Parallel Port USB ISA PCI Do 1 lượng tương đối lớn dữ liệu được lưu giữ trong DSO, cổng nối tiếp ko được tính đến bởi thời gian yêu cầu để download dữ liệu vào PC ko thể chấp nhận thời gian dài do tốc độ truyền dữ liệu của cổng nối tiếp chậm. USB cũng ko thực tế vì tính phức tạp của nó bởi vì viết chương trình điều khiển cho USB rất phức tạp. Tuy rằng hiện này tất cả các PC đều có cổng USB thế nhưng để cấu hình được USB trong FPGA rất khó. Mặc dù nhanh nhưng cả PCI and ISA đều đòi hỏi sự kết nối bên trong tới PC và Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 32 vì thế rất khó để có thể cài đặt và làm cho thiết kế thêm phần phức tạp do phải làm mạch PCI . Cổng song song được chọn vì nó có tốc độ chuyển đổi dữ liệu tương đối cao và dễ dàng để phát triển thiết bị, dễ sử dụng và đang hiện diện trong các máy tính để bàn tuy rằng trong thời gian gần đây có những mày laptop thì không có cổng này nhưng mà nó vẫn được sử dụng rất rộng rãi do thực hiện đơn giàn, làm cho DSO được dùng trong nhiều lĩnh vực và cũng có linh cơ đông.Hơn nữa tốc độ truyền của cổng song song có thể chấp nhận được trong thiết kế của úng dụng này. Để đơn giản và tương thích với thiết kế và nhu cầu sử dụng thì chế độ hai chiều chuẩn được quyết định sử dụng, cái này thì có sẵn từ thời những chip 386 và tương thích với hầu hết các chuẩn có trong máy tính hiện nay. Nó cho phép độ rộng byte chuyển đến hướng khác và có thêm 5 line đầu vào (Status lines) và 4 line đầu ra (Control lines). Với các thiết lập chuẩn và tương thích thì DSO cho phép người sử dụng lựa chọn địa chỉ thích hợp cho cổng song song đặc biệt. Vì chỉ có 3 địa chỉ có thể được sử dụng nên điều này là tương đối dễ dàng. Điều này đặc biệt có ích nếu PC đang sử dụng có nhiều cổng. 3.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 3.2.1 Cấu hình để nạp vào FPGA Vì FPGA dựa trên nền SRAM nên nó không thể lưu chương trình điều khiển có ngay trong chip bởi khi mất nguồi điện cung cấp cho nó thì chương tình không còn nữa chính vì thế nó phải được chương trình hoá mỗi lần hệ thống khởi động lại.Để giải quyết điều này thì phương thức thích hợp nhất cho ứng dụng này là phương thức Active Serial. Phương thức này bao hàm cả việc kết nối 1 serial EEPROM (E2) tới FPGA và có thuận lợi là chỉ yêu cầu 1 chân I/O để sử dụng. 2 kết nối còn lại tới E2 được dành cho các chân cấu hình. Hơn nữa các chân cấu hình được nối cao hay thấp là dùng để chỉ lược đồ cấu hình nào đang được sử dụng. Chính vì thế mà ta có thể giữ được chương trình điều khiển nếu mất nguồi cung cấp cho DSO, và tiết kiệm số chân của FPGA và có thể dùng chúng vào các úng dụng khác. Khi khỏi động lại thì chương trình sẽ được nạp vào chip FPGA thông qua chân JTAG của FPGA và ta lại có một DSO, thời gian này được tiến hành rất nhanh mà tạo cảm giác như không có gì. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 33 Bằng cách sử dụng bộ hợp kênh để kết nối E2 tới FPGA và khi đó ta có thể hoặc có thể được kết nối tới FPGA hoặc tới programming header trên bo mạch. Vì thế có thể lập trình lại chương trình điều khiển cho FPGA trong khi chương trình cũ vẫn ở trong bản mạch và DSO vẫn đang hoạt động. Đầu vào được chọn tới bộ hợp kênh được đẩy mạnh bởi 1K điện trở và được kết nối tới ISP header. Khi ta nạp lại chương trình vào E2 thì khi đó chân được tự động nối đất trong thời gian nạp lại vào trong E2 và được đẩy vào chip FPGA trong thời gian sau khi khởi động lại. Việc này làm chuyển E2 từ chỗ được kết nối tới Altera thành được kết nối tới programmer. Sau khi việc lập trình hoàn tất, người sử dụng chỉ phải nạp lại hay reset lại DSO để nạp lại và bo mạch là có thể sử dụng lại DSO với những tính năng đã được cập nhật dữ liệu cấu hình mới từ chip bộ nhớ. 3.2.2 Chế độ tiền trigger Việc ghi dữ liệu trước điểm trigger rất hữu ích khi chúng ta dò lỗi hệ thống. thực hiện việc này bằng cách ta để cho DSO ghi những tín hiệu liên tục đi vào, tiến trình ghi dữ liệu này được kết thúc khi 1 xung (pulse) trigger được dò thấy trong hệ thống. Nội dung dữ liệu sẽ được ghi vào bộ nhớ tại thời điểm trước của điểm trigger được dò thấy. Quá trình này được thực hiện bằng cách điểu khiển thời gian của cả hai tiến trình dò tìm điểm trigger và khi đó sẽ kết thúc việc ghi dữ liệu khi điểm trigger được dò thấy trong tiến trình. Việc này được thực hiện cùng với 1 bộ đếm (counter) 19bit đó là một khóa từ tín hiệu mẫu giống như FIFO, vị vậy khi giá trị của counter bằng độ lớn địa chỉ của bộ nhớ thì việc ghi được dừng lại.Giá trị của những sườn trước trigger có thể được thiết đặt bởi pre-loading giá trị counter đó là một giá trị giữa 0 (không tiền trigger) và 393216 (cỡ của bộ nhớ và là lớn nhất của pre-trigger). Số 393216 là 0x60000 trong hệ HEX, điều đó có nghĩa là số logic duy nhất là 2bit đầu tiên của counter được dùng để dừng việc ghi. Dữ liệu được bắt đầu ghi tại bất kì địa chỉ nào của bộ nhớ mà thang ghi địa chỉ trỏ tới nhưng khi bắt đầu ghi tại điểm này ta phải ghi tuẩn tự kể từ đó. Khi thực hiện đếm tiếp counter 19bit lần thứ hai .Nó được sử dụng để nhận dạng quá trình tiếp theo và lại bắt đầu ghi vào bộ nhớ tử địa chỉ ở ô nhớ đầu tiên, dữ liệu sẽ được ghi đè lên nhưng dữ liệu có trong bộ nhớ trước đó. Bộ counter được reset lại tại cùng một thời điểm giống như điểm bắt đầu ghi tại FIFO và chạy từ tín hiệu lấy mẫu đầu tiên, vì vậy Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 34 giá trị được lưu trữ nếu counter có giá trị nhỏ hơn không gian của bộ nhớ nếu bằng thì nó sẽ được reset về điểm bắt đầu và sau đó là bắt đầu điểm ghi lại tại điểm đầu của bộ nhớ. Trước khi dữ liệu được truyển tới máy tính giá trị của counter được sử dụng để đọc tuần tự những dữ liệu có trong bộ nhớ như hình 21 phía dưới: Bộ counter được reset lại khi giá trị đếm của nó là lớn hơn cỡ của bộ nhớ. Bởi vì counter bao gồm số zero nó sẽ đếm tại 0x60001, theo lí thuyết bộ counter sẽ được reset về điểm bắt đầu khi nó đếm tới số lớn nhất có thể và được đồng bộ cùng với thời điểm ghi (đây là hiệu ứng chất dồn). Tất cả quá trình này được thực hiện và xử lú bên trong một con chip FPGA. Hình 21: Sự sắp xếp của bộ nhớ 3.2.3 Dò điểm trigger Trigger unit là đơn vị thực hiện bên trong chip FPGA nó có nhiệm vụ, giám sát cả hai kênh cho giá trị điểm trigger (giống như hình dưới đây) . Tất cả những số từ được lưu trữ là lớn hơn, bằng hay nhỏ hơn giá trị của mỗi thanh ghi nó đảm bảo rằng mỗi thanh ghi không bị tràn khi lưu trữ. Bằng cách thay đổi giá trị của mỗi thanh ghi được người sử dụng để có thể thay đổi mức của trigger. Dưới đây là bảng chân lí để thực hiện mỗi trigger unit Bắt đầu của bộ nhớ Kết thúc Bắt đầu Giữa Bắt đầu Giữa Kết thúc Bắt đầu ghi Điểm trigger Trước khi sắp xếp Kết thúc của bộ nhớ Sau khi sắp xếp Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 35 Không phải đầu ra từ ADC mà cũng không phải đầu ra từ logic buffer mà nó được chờ đợi để thay đổi chính xác tại cùng một thời điểm giá trị có thế xuất hiện trên bus. Ví dụ như việc thay đổi từ 12 tới 10 và giá trị 14 xuất hiện trong bus, giống như mô tả dưới đây. Nó có thể xuất hiện khi mất sườn trigger. Giải pháp cho việc này là xung clock phải đồng bộ dữ liệ vì vậy đầu ra từ trigger unit được chọn là mẫu duy nhất khi dữ liệu trên bus.Chúng ta thực hiện bằng cách đặt một trigger D ngay tại đầu ra của mạch trigger để đồng bộ xung nhịp hệ thống này và thu được một tín hiệu ra là đồng bộ.. Trạng thái cuối cùng trong đơn vị dò điểm trigger chuyển đổi cấp độ trigger dài hơn bình thường bằng trạng thái đầu tiên trong sườn trigger.Công việc hoàn thành bằng cách duy nhất là chuyển tiếp 1 nếu đường trigger có giá trị 0, vì vậy mà đầu ra duy nhất ở mức cao khi trong đó có sự truyền từ thấp tới cao và xuất hiện sườn. Bằng Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 36 cách thiết đặt tại trig-sel bus tới 0x3 được người sử dụng để không cho phép trigger và bắt đầu quá trình ghi trực tiếp. 3.3.4 Bộ tạo xung Việc tạo ra xung clock rất hữu ích bởi nó có thế thay đổi tần số lấy mẫu, cho phép người sử dụng tới việc chuyển đổi độ dài quá trình ghi lại tần số lấy mẫu. Trong hệ thống chính xung clock cung cấp bởi tần số 50MHz TTL của máy tạo xung, nó được dùng bằng tinh thể thạch anh. Đó là được cấu hình bên trong chip FPGA nới nó được chi tần. Ở đây ta có thế chia tần theo bằng cách dung một bộ đếm counter 5bit khi đó ta sẽ thu được tần số mới có tỉ lệ là là ½,1/4,1/8,1/26,1/32 so với tần số hệ thống.Chúng ta sử dụng một bộ hợp kênh để chọn tần số thích hợp cho xung clock của DSO, ta có thể thấy tròng hình. Để cung cấp cùng tần số lấy mẫu cho hai kênh ta phải cung cấp cho chúng lệch nhau 1800 để đảm bảo được tín hiệu lấy mẫu tốt, vì vậy ta có thế dùng một mạch “not” để cung cấp cho một thanh ghi dịch. Rất nhiều thiết bị trong FPGA và cả hai FIFO’s cần truyền dữ liệu tới PC vì vậy để thực hiện điều này ta cần sử dụng bus ba trạng thái(tri-state bus), nó được biểu diến dưới hình sau: Hình 22: BUS dữ liệu ra Bởi vì việc điều khiển trong FPGA là định hướng chân trên mọi chip đệm và nó cũng cho phép đầu ra (/OE) trên FIFO’s, nó hoạt động giống như một bước đệm trung gian kết nối giữa chúng để tránh xung đột dữ liệu khi cả hai cùng xuất dữ liệu ra bởi vì bus chỉ cho một dữ liệu ra trong cùng một thời điểm các đầu ra còn lại đều được để ở mức trở kháng cao. Chúng ta dùng buffer chuẩn là 74LS245, bởi vì điện dung kí sinh Cổng song song Bộ đệm FPGA FIFO A FIFO B Bus ba trạng thái Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 37 của nó thấp hơn cổng song song mà ở đây chúng ta dùng cổng song song để giao tiếp với máy tính. Giống như là chip đệm các chân của nó cũng có thể thay đổi dễ dàng nếu nó bị hư. Bus ba trạng thái giữa ADCs và đệm logic thì được kết nối cũng có những tính chất điều khiển như bus của cổng song song, trong đầu ra một ADC và đệm logic tới một bus mà cả hai FPGA và FIFO cùng kiểm soát. Hình 23: Sơ đồ logic của 74LS245 3.3.6 Giao diện logic cổng song song Điều khiển logic phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như các đường điểu khiển để thiết đặt hệ số chia tần, điểm trigger….trong đó được tạo ra bằng giao diện logic cổng song song. 4bit đầu tiên của bus điều khiển cổng song song được sử dụng giống như bus dữ liệu. Dữ liệu trên bus được chốt lại trong thanh điều khiển bằng các xung còn lại của đường điều khiển, để chặn lại những tín hiệu không bình thường trên cổng song song xuất hiện bên trong DSO. Đầu ra của con chốt này được cấu hình vào lối vào của một bộ giải mã tới việc tăng lên số đường có thể. Một vài đường này là được sử dụng để chốt dữ liệu từ bus dữ liệu chính của cổng song song bên trong một thanh ghi 4 Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 38 hoặc 8 bit. Nó cung cấp tất cả đường điều khiển có thể có. Những đường điều khiển còn lại của bộ mã hóa được sử dụng cho xung đọc FIFO (RCLK) và cho phép đầu ra trên bus từ FPGA. 3.3.7 Điều khiển ADC Khi DSO là có một kênh thì cả hai chế độ đầu ra là là tín hiệu xung PAM giống như tín hiệu số và tín hiệu đầu vào là tín hiệu tương tự được xen kẽ nhau. Bất kì sự khác nhau nào của tín hiệu đầu ra cũng gây ra nhiễu, giống như sự xen kẽ của mẫu tín hiệu sẽ có sự khác nhau tại giá trị hiện thời nếu có nội dung của tín hiêu tương tự đầu vào. Sự chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số phụ thuộc vào 2 giá trị tham chiếu của điện áp (1 cho biên độ và 1 cho thế offset). Nó được quyết định sử dụng tín hiệu tham chiếu bên ngoài như là xây dựng một cái ADC, nó nghĩa là theo lí thuyết thì nó nghĩa là sự cấu hình để chuyển đổi cả hai yếu tố của điện thế, ở đây cao nghĩa là chúng ta có thế lấy ngay tín hiệu bên ngoài là câc đường logic để đưa ra công song song, nó thường có nhiễu là nhỏ nhất. Mặc dù có thể tìm thấy sự khác biệt về biên độ cung với sự khác biệt về đầu ra và băng thông đủ lớn. Vì lí do này nó được quyết định để sử dụng một kết thúc khi điện áp là 2.5V thì cấu hình trong ADC thì đầu vào có thế thay đổi 0.5V nơi mà VDC là độ dốc của dòng một chiều. Để điều khiển của đầu vào của ADC thì phải tuân theo các công thức sau: 0.5<Vin<4.5 Theo lí thuyết thì VDC phải như sau: 1 < VDC < 4 Trong DSO thì VDC được cung cấp bời nguồn tạo điện áp thứ hai và có một giá trị là 1.25V, nó đưa ra như sau: 0.75<Vin<1.75 Bộ khuêch đại được cấu hình lại cho 2 giá trị điện áp là: 0.375<Vinput<0.875 Bằng việc chọn kiều của định dạng dữ liệu (DFS) của chân ADC hoạt động ở mức cao hoặc thấp dữ liệu có thế tuôn ra giống như những số offset nhị phân hoặc là số bù 2. Thiết đặt định dạng đầu vào tới offset để giảm nó xuống là rất phức tạp của trigger logic và theo lí thuyết là số ô logic được sử dụng vào việc đồng bộ. ----------------- Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 39 Chương 4 CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG TRÊN KIT DE2 4.1 TỔNG QUAN VỀ KIT DE2 VÀ CHIP CYCLONE II Bởi vì thời gian thực hiện để tài ngắn nên em không làm ra được mạch em chỉ mô phỏng trên Kit phát triển DE2 của Altera với họ FPGA của hãng này là Cyclon II với chip là EP2C35F672C6. Với dòng chip này thì tài nguyên của nó lớn hơn rất nhiều so với FLEX 8K của hãng. Hình 24: Sơ đồ khối ghép nối giữa Cyclone II với các thành phần trên KIT Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 40 Hình 25:sơ đồ các thành phần trên kit DE2 Hình 26:Sơ đồ khối của Cyclone II Chíp Cyclone II còn có tài nguyên rất phong phú trong đó: ¾ Có 33.216 LE: thành phần nhỏ nhất trong chip là thành phần logic (logic element). Mỗi LE (Logic Element) có thể được cấu hình thành một Fip-Flop D,T,JK hay RS. Mỗi một thành phần này cũng có các đầu và là data, clock, enable,clear và đầu ra cũng là data. Chúng cung có thể cấu hình thành các thành phần cơ bản khác trong mỗi ứng dụng. chúng cũng Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 41 có thể cấu hình thanh các LUT (Loop Up Table). Để sử dụng cấu hình các LE thành các thanh ghi hay là thành các LUT là tuỳ thuộc vào người sử dụng lập trình trên các phần mềm như QUATUS II. Khi lập trình xong và download vào chip thì chương trình của mình sẽ tự động tạo ra nhứng thanh ghi hay những LUT tuỳ thuộc vào chưong trình của mình. Hình dưới mô tả quá trình cấu hình các LE thành các ứng dụng của mình như mong muốn khi lập trình các ứng dụng của mình và download vào bên trong chip Cyclone II thì chương trình bên trong sẽ tự động dồn các thành phần logic của ta vào chung một khu vực để giảm bớt tài nguyên. Tuy nhiên để đảm bảo việc sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả còn phải phụ thuộc nhiều và kĩ năng lập trình và thiết kế của người kĩ sư. Hình 27:Sơ đồ khối của LAB ¾ Có 105 khối M4K RAM: các khối M4K nội dung được chứa trong các cột của M4K cảu các khởi bộ nhớ, Mỗi khối này thì bao gồm các đầu vào là các thanh ghi được được ghi đồng bộ và đầu ra là các được thiết kế theo chế độ đường ống. Các đầu ra các thanh ghi có thể được đẩy qua nhưng các đầu vào thì không thể làm thế được. Từ các thành phần này ta có thể có các bô nhớ là dual-port hay là sinple-port. Các bộ nhớ ở đây ta có thể dùng như RAM hay ROM hay các bộ đệm FIFO. M4K có thể hỗ trợ cho: Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 42 • 4,608 bit RAM. • Có thể thực hiện ở tần số 250MHz. • hỗ trợ cho cả bộ nhớ đơn cổng hay hai cổng riêng biệt. • có thể cấu hình thành các thanh ghi dịch, các bộ đệm FIFO. • có thể cấu hình thành các ROM…. Hình 28:Sơ đồ khối của M2K RAM ¾ Có tổng cộng 483,840 bits RAM. ¾ 4 PLLs (vòng khóa pha). ¾ Có 475 chân I/O để sử dụng: tất cả các chân I/O đều được gắn cùng nhau trên các banks I/O. Trong Cyclone II thì có tất cả 4 banks I/O. Trong đó thì bank 2 và banks 4 có thể hỗ trợ cho các kết nối với DDR2 và có thể up tới 167MHz/333Mbps và QDR có thể úp lên tới 167MHz/668 Mbps. Còn các bank 1 và 3 thì chỉ hỗ trợ duy nhất cho các giao diện của SDR và DDR SDRAM. tất cả các bank của Cyclone II có thể hỗ trợ cho các bộ nhớ SDR có thể úo lên hoạt động ở 167MHZ/167Mbps và bộ nhớ DDR và có thể hoạt động ở 167MHz/333Mpbs. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 43 Hình 29:Sơ đồ bố chí các thanh chân trên Cyclone II ¾ Nó được đóng gói với 672 chân. Chương trình có thể được nạp trực tiếp từ phần mềm QUATUS II xuống chíp qua một cáp USB. Ngoài ra trong KIT này còn có rất nhiều tài nguyên nữa như: ¾ Có 512 KB SRAM trong đó có 256 KB địa chỉ và có thể chứa dữ liệu với độ dài 16 bit. ¾ Có 8MB bộ nhớ SDRAM trong đó trong đó có thể có tới 1 MB địa chỉ và có thể chứa dữ liệu lên tới 16 bít và có 4 banks tất cả. ¾ Có 8MB bộ nhớ Flash và có thể chứa dữ liệu có độ rộng bít tối đa là 8bits ¾ Nói chung trên KIT này để thực hành nghiên cứu và phát tiển thì rất hứu ích. Bởi vì phải mô phỏng và làm thử nghiệm trên kít này và tài nguyên của con Cyclone II rất nhiều lên lên em dùng cả RAM trong chip bằng cách cấu hình bên tròn nhờ các tool hỗ trợ, em cũng thử nghiệm các đường bằng cách làm một sóng SINE giả Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 44 lập số với các mẫu là 8 bít. Coi như đây là các xung PAM đã được lấy mẫu qua ADC và được kết nối tới các thành phần khác trong thiết kế. 4.2 CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG 4.2.1. Chương trình chính điểu khiển DSO Hình 30: Sơ đồ khổi điều khiển của DSO Hình trên này là sơ đồ khối tổng quát của bộ điều khiển của DSO được tạo ra từ phần mềm Quatus II sau khi chạy chương trình được viết thì nó tạo ra. Phần code của chương trình này được đặt ở phần phụ lục bên dưới. Trong hình này được chia thành các khối chính là :khối điều khiển logic cổng song, khối điều khiển FIFO, khối tạo xung để chia tần, khối điều khiển dò điểm trigo. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 45 Hình 31: Dạng mô phỏng của khối chương trình của DSO\ Hình trên là sơ đồ mô phỏng dạng xung khi thực hiện chạy mô phỏng trên phần mềm Quatus II dựa trên device là chip Cyclone II. Trong đó các tín hiện clk là tín hiệu clock đưa vào bộ chia tần, control là tín hiệu đầu vào được dùng để điều khiển logic cổng song song, EXT_TRG là tín hiệu đưa vào để điều khiển đồng bộ, các tín hiệu LOGIC_INPUTH, LOGIC_INPUTL là các đường vào của đường logic đệm. Các tín hiệu ra còn lại là các tín hiệu điều khiển việc chọn kênh. Hình 32: Tài nguyên mà khối điều khiển dùng Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 46 Hình 33: Tần số cao nhất mà khối này việc được Hình 32, 33 là hình mô tả các nguồi tài nguyên mà chương trình này sử dụng để thực hiện các chức năng, trong đó ta có thể nhìn thấy tại hình 32 thì chương trình này dùng hết tất cả là 128 LE, 24 thanh ghi và có đầu ra là 49 chân. Tại hình 33 thì chương trình này chỉ có thể hoạt động cao nhất là ở tần số 33.92 MHz. 4.2.2 Chương trình điểu khiển logic cổng song song Hình 34: Sơ đồ khối điều khiển cổng song song Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 47 Hình 35: Sơ đồ dạng xung của khổi cổng song song Hai hình 34, 35 lần lượt là sơ đồ khối và mô tả dạng xung của chương trình điều khiển cổng song song được tạo ra khi chạy chương trình trên phần mềm Quatus II. Từ hình 34 ta có thể thấy là trong này có các khối lần lượt là: Bộ giải mã, các bộ chốt, bộ hợp kênh đầu vào, và các thanh chốt dữ liệu đầu ra. Đặc biệt trong này có một bộ bus ba trạng thái dùng để điều khiển đầu vào lấy từ đường logic hoặc là lấy từ bộ nhớ sau khi đã được đi qua một con ADC. 4.2.3 Chương trình điểu khiển FIFO Hình 36: Sơ đồ khối điều khiển FIFO Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 48 Hình này là mô hình tổng quát của khối điều khiển FIFO nó được tạo ra từ phần mềm Quatus II sau khi chạy chương trình. Code của phần này được trình bày trên phần phụ lục phía cuối khóa luận. Trong đó có các khối là một bộ đếm counter để đếm đường địa chỉ để xác định bộ nhớ có đầy hay không để đưa ra quyết định có tiếp tục ghi tiếp vào bộ nhớ hay không, và có thể điều khiển cho phép đọc dữ liệ bộ nhơ ra, trong phần thực hiện này ta còn điều khiể tốc độ đọc và ghi vào bộ nhớ. Tiếp theo là một bộ triger counter nó dùng để đếm điểm trigger khi đi qua để xác đinh xem có thể ghi tiếp dữ liệu hay là để cho dữ liệu được lấy luôn từ phần logic để đưa tới cổng song song. Hình 37: Dạng xung của khổi điều khiền FIFO Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 49 Hình 38: Tần số đáp ứng của control FIFO Hai hình 37, 38 là mô tả những tài nguyên mà nguyên phần này đã sử dụng. Hình 38 mô tả là phần này thì làm việc được ở tần số cao nhất có thể là 46.93MHz. 4.2.4 Chương trình tạo dạng xung chia theo tỉ lệ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Hình 39: Sơ đồ khối bộ chia tần Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 50 Hình 40: Dạng xung mô tả của bộ chia tần Hình 39 và 40 là sơ đồ khối và dạng xung của khối chi tần. Khối này có nhiệm vụ tao ra tần số lấy mẫy thích hợp cho cả khối điều khiển của DSO. Theo thiết kế thì trong phần này có thể thực hiện một phép chia tần thành ½, ¼, 1/8, 1/16, 1/32 lần tần số hệ thống đưa vào bằng một bộ đệm counter 5 bit. Dạng xung mô tả phần này được mô tả trong phần hình 40 sau khi đi qua một bộ hợp kênh và đầu ra là tần số đã chia, bộ hợp kênh này có chần sel 3bit để chọn đầu ra trong đó khi sel là 000 thì chọn không chia, 001 thì chia ½, 010 chia ¼, 011 chia 1/8, 100 chia 1/16, 101 chia 1/32. 4.2.4 Chương trình dò điểm trigger Hình 41: Sơ đồ khổi của bộ dò điềm trigger Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 51 Hình 42: Mô phỏng dạng xung của dò điểm trigger Hai hình 41 và 42 là sơ đồ khối và dạng xung mô phỏng được tạo ra khi chạy chương trình trên phần mềm Quatus II. Hình 41 là sơ đồ khối điều khiển khối tìm điểm trigger. Phần này có nhiệm vụ dò tìm điểm trigger để đồng bộ cho khối điều khiển của mình. Hình 42 là dạng xung mô tả của chương trình này trong đó đầu ra của nó là triger_out. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 52 Kết luận Với kết quả này, em đã bước đầu xây dựng một bộ điều khiển sử dụng trong máy dao động số có nhớ dựa trên công nghệ FPGA. Đặc biệt qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài em đã tích luỹ được nhiều kiến thức bổ ích: ¾ Bước đầu nắm được kiến thức cơ bản về FPGA và ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL. ¾ Hiểu được nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của một máy dao động số có nhớ được xây dựng từ các mạch tương tự và các mạch số. ¾ Nắm được cách sử dụng và lập trình bằng phần mềm QUATUS II, và hiểu cách nạp và chạy môt chương trình trên kit phát triển DE2. ¾ Hiểu được tư tưởng của luồng thiết kế trên công nghệ FPGA. ¾ Xây dựng cho bản thân mình tính kỉ luật và cách học tập nghiên cứu khoa học, cách tư duy hệ thống khi thực hiện một đề tài. Những điều còn hạn chế và hướng phát triển của đề tài. ¾ Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên em mới chỉ làm được bộ điều khiển là một khối trong máy hiện sóng. ¾ Chương trình mới chỉ được mô phỏng trên phần mềm Quatus II chứ chưa được làm thực tế nên vẫn còn nhiều hạn chế. ¾ Trong thời gian tới sau khi tốt nghiệp em sẽ tiếp tục hoàn thiện đề tài của mình để có được một sản phẩm của mình được thiết kế trên FPGA. Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 53 PHỤ LỤC -----Chương trình chính điều khiển DSO library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity main is port( clk :IN STD_LOGIC; CONTROL :IN STD_LOGIC_vECTOR(3 DOWNTO 0); LOGIC_INPUTL :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); LOGIC_INPUTH :IN STD_LOGIC_vECTOR(7 DOWNTO 0); EXT_TRIG :IN STD_LOGIC; STATUE :OUT STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); FIFO_A_W_CLK :OUT STD_LOGIC; FIFO_B_W_CLK :OUT STD_LOGIC; FIFO_W_EN :OUT STD_LOGIC; FIFO_W_RST :OUT STD_LOGIC; FIFO_A_OE :OUT STD_LOGIC; FIFO_B_OE :OUT STD_LOGIC; FIFO_R_CLK :OUT STD_LOGIC; FIFO_R_RST :OUT STD_LOGIC; BUF_DIr :OUT STD_LOGIC; AB_CHANEL_MEGA :OUT STD_LOGIC; LOGIC_BUT_H_OE :OUT STD_LOGIC; ADC_B_OE :OUT STD_LOGIC; LOGIC_BUT_L_OE :OUT STD_LOGIC; ADC_A_OE :OUT STD_LOGIC; Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 54 DATA :INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END; ARCHITECTURE CHON OF MAIN IS signal poit1 :std_logic_vector(18 downto 0); signal dataout :std_logic_vector(7 downto 0); signal pre_trig_load,clkdiv:std_logic_vector(2downto 0); signal trig_sel,trig_load:std_logic_vector(1downto 0); signa:buf_dir1,fifo_r_clk1,rec_en1,init1,fifo_r_rst1,fifo _a_oe1,fifo_b_oe1,high_speed1,fifo_a_logic1,trig_falling1,fifo _b_logic1 :std_logic; signal triggerout1,clkout,mem_full2,fifo_w_en2, fifo_w_rst2,fifo_w_clk2 : std_logic; component giaotiep port ( dieukhien :in std_logic_vector(3 downto 0); poit :in std_logic_vector(18downto 0); data :out std_logic_vector(7 downto 0); data_output :out std_logic_Vector(7 downto 0); pre_trig_load :out std_logic_vector(2 downto 0); trig_sel :out std_logic_vector(1 downto 0); trig_load :out std_logic_vector(1 downto 0); clkdiv :out std_logic_vector(2 downto 0); buf_dir :out std_logic; fifo_r_clk :out std_logic; rec_en :out std_logic; Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 55 init :out std_logic; fifo_r_rst :out std_logic; fifo_a_oe :out std_logic; fifo_b_oe :out std_logic; high_speed :out std_logic; fifo_a_logic :out std_logic; trig_falling :out std_logic; fifo_b_logic :out std_logic ); End component COMPONENT coltron_fifo port( trig :in std_logic_vector(7 downto 0); trig_load :in std_logic_vector(2downto 0); trigger :in std_logic; rec_en :in std_logic; init :in std_logic; clk :in std_logic; mem_full :out std_logic; fifo_w_en :out std_logic; fifo_w_rst :out std_logic; fifo_w_clk :out std_logic; poit :out std_logic_vector(18 downto 0) ); END COMPONENT; Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 56 ---------- COMPONENT trigger_unit port ( trig_load :in std_logic_vector(1 downto 0); trig_value :in std_logic_vector(7 downto 0); logic_inputL:in std_logic_vector(7 downto 0); logic_inputH:in std_logic_vector(7downto 0); trig_falling :in std_logic; fifo_a_logic :in std_logic; fifo_b_logic :in std_logic; high_speed :in std_logic; ext_trigger :in std_logic; clk :in std_logic; rec_en :in std_logic; trig_sel :in std_logic_vector(1downto 0); trigger_output :out std_logic ); END COMPONENT; -------- COMPONENT xungnhip port ( CLOCK_50,clear :in std_logic; sel :in std_logic_vector(2downto 0); clk :out std_logic Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 57 ); END COMPONENT; --------- begin t1:giaotiep port map (control(3downto0), poit1(18 downto 0), DATA(7 downto 0),dataout(7 downto 0), pre_trig_load(2 downto 0), trig_sel(1 downto 0), trig_load(1 downto 0),clkdiv(2 downto 0), buf_dir1,fifo_r_clk1,rec_en1,init1,fifo_r_rst1, fifo_a_oe1,fifo_b_oe1,high_speed1,fifo_a_logic1, trig_falling1,fifo_b_logic1); ---------------- FIFO_A_OE<=fifo_a_oe1; FIFO_B_OE<=fifo_b_oe1; FIFO_R_CLK<=fifo_r_clk1; FIFO_R_RST<=fifo_r_rst1; LOGIC_BUT_H_OE<=not fifo_b_logic1; ADC_B_OE<=fifo_b_logic1; LOGIC_BUT_L_OE<=not fifo_a_logic1; ADC_A_OE<=fifo_a_logic1; ---------------- t2:coltron_fifo port map(dataout(7 downto 0), pre_trig_load(2 downto 0),triggerout1, Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 58 rec_en1,init1,clkout,mem_full2, fifo_w_en2,fifo_w_rst2,fifo_w_clk2, poit1(18downto 0)); --------------------------------- FIFO_A_W_CLK<=not fifo_w_clk2; FIFO_B_W_CLK<= fifo_w_clk2 xor high_speed1; AB_CHANEL_MEGA<=high_speed1; STATUE(4 downto 0)<=mem_full2 & buf_dir1 & "000"; BUF_DIr<=buf_dir1; FIFO_W_EN<=fifo_w_en2; FIFO_W_RST<=fifo_w_rst2; ----------------------- t3:trigger_unit port map(trig_load(1 downto 0), dataout(7 downto 0),LOGIC_INPUTL(7 downto 0), LOGIC_INPUTH(7 downto 0),trig_falling1, fifo_a_logic1,fifo_b_logic1,high_speed1, EXT_TRIG,clkout, rec_en1,trig_sel(1 downto 0),triggerout1); t4:xungnhip port map(clk,'1',clkdiv(2 downto 0),clkout); end chon; ---------Chương trình điều khiển logic công song song library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity giaotiep is Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 59 port ( dieukhien :in std_logic_vector(3 downto 0); poit :in std_logic_vector(18downto 0); data :out std_logic_vector(7 downto 0); data_output :out std_logic_Vector(7 downto 0); pre_trig_load :out std_logic_vector(2 downto 0); trig_sel :out std_logic_vector(1 downto 0); trig_load :out std_logic_vector(1 downto 0); clkdiv :out std_logic_vector(2 downto 0); buf_dir :out std_logic; fifo_r_clk :out std_logic; rec_en :out std_logic; init :out std_logic; fifo_r_rst :out std_logic; fifo_a_oe :out std_logic; fifo_b_oe :out std_logic; high_speed :out std_logic; fifo_a_logic :out std_logic; trig_falling :out std_logic; fifo_b_logic :out std_logic ); end ; architecture chon of giaotiep is signal outmux,outtribus,q1,q2,q3,q4:std_logic_vector(7downto 0); signal t1:std_logic_vector(1 downto 0); signal a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7:std_logic; signal out1:std_logic_vector(2 downto 0); Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 60 -------------- component hopkenh port( a,b,c :in std_logic_vector(7 downto 0); sel :in std_logic_vector(1 downto 0); q :out std_logic_vector(7 downto 0) ); end component; ----------- component giaima PORT ( data : IN STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0); eq1 : OUT STD_LOGIC ; eq2 : OUT STD_LOGIC ; eq3 : OUT STD_LOGIC ; eq4 : OUT STD_LOGIC ; eq5 : OUT STD_LOGIC ; eq6 : OUT STD_LOGIC ; eq7 : OUT STD_LOGIC ); end component; ----------- component reg3 port ( en :in std_logic; a :IN std_logic_vector(2 downto 0); Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 61 q :out std_logic_vector(2 downto 0) ); end component; ---------- component reg port ( en :in std_logic; a :in std_logic_vector(7 downto 0); q :out std_logic_vector(7 downto 0) ); end component; ------------------ component tri3 port ( a :in std_logic_vector(7 downto 0); en :in std_logic; q :inout std_logic_vector(7downto 0) ); end component; ---------- begin mux1: hopkenh port map("00000"&poit(18 downto 16), poit(15 downto 8),poit(7 downto 0),t1, outmux(7 downto 0)); Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 62 chot1: reg3 port map(dieukhien(0), dieukhien(3 downto 1),out1(2 downto 0)); gm: giaima port map(out1(2 downto 0),a7,a6,a5,a4,a3,a2,a1); busstate:tri3 port map(outmux(7 downto 0),a1, outtribus(7 downto 0)); chot2:reg port map(a2,outtribus(7 downto 0), data_output(7 downto 0)); --data_output(7 downto 0)<=q4(7 downto 0); chot31:reg port map(a3,outtribus(7 downto 0),q1(7 downto 0)); ---- pre_trig_load(2 downto 0)<=q1(2 downto 0); rec_en<=q1(3); init<=q1(4); fifo_r_rst<=q1(5); fifo_a_oe<=q1(6) nand(q1(7) and(a6 or a7)); fifo_b_oe<=not q1(6) nand(q1(7) and(a6 or a7)); --------- chot4:reg port map(a4,outtribus(7 downto 0),q2(7 downto 0)); -- high_speed<=q2(0); fifo_a_logic<=q2(1); fifo_b_logic<=q2(2); trig_sel<=q2(4 downto 3); clkdiv<=q2(7 downto 5); -------- chot5:reg port map(a5,outtribus(7 downto 0),q3(7 downto 0)); --- Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 63 trig_load<=q3(1 downto 0); trig_falling<=q3(2); t1<=q3(4 downto 3); --- buf_dir <=(a6 or a7) or a1; data <=outtribus; fifo_r_clk<=a1; end chon; -------Chương trình điều khiển FIFO library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity coltron_fifo is port( trig :in std_logic_vector(7 downto 0); trig_load :in std_logic_vector(2 downto 0); trigger :in std_logic; rec_en :in std_logic; init :in std_logic; clk :in std_logic; mem_full :out std_logic; fifo_w_en :out std_logic; fifo_w_rst :out std_logic; fifo_w_clk :out std_logic; poit :out std_logic_vector(18 downto 0) ); end; architecture chon of coltron_fifo is Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 64 signal a:std_logic_vector(18 downto 0); signal t1,t2,t3,t4:std_logic; ------------- component triggercounter port( trig :in std_logic_vector(7 downto 0); clk :in std_logic; counter_en :in std_logic; load :in std_logic_vector(2 downto 0); mem_full :out std_logic ); end component; ------------ component counter19 PORT ( clock : IN STD_LOGIC ; cnt_en : IN STD_LOGIC ; sset : IN STD_LOGIC ; q : OUT STD_LOGIC_VECTOR (18 DOWNTO 0) ); end component; ------------ begin t4<=(trigger and rec_en) or(rec_en and t3); t2<=t4 and (not t1); t3<=(a(17) and a(17)) or (init); demtrigger:triggercounter port map Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 65 (trig(7 downto 0),clk,t2,trig_load(2 downto 0),t1); dem19:counter19 port map(clk,not t1,t3,a(18 downto 0)); poit<=a; mem_full<=t1; fifo_w_en<=not t1; fifo_w_rst<=not init; fifo_w_clk<=clk; end chon; -----Chương trình bộ tạo xung library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity xungnhip is port ( CLOCK_50,clear : in std_logic; sel : in std_logic_vector(2 downto 0); clk : out std_logic ); end xungnhip; architecture chon of xungnhip is signal div0,div1,div2,div3,div4 : std_logic; signal clk1,clk2,clk4,clk8,clk16,clk32 : std_logic; ------------tao xung tre 1/2,1/4,1/8,1/16,1/32---------- component taoxung port ( clk,clear :in std_logic; div0,div1,div2,div3,div4 :out std_logic Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 66 ); end component; ------hop kenh------- component hopkenhtaoxung port ( clk1,clk2,clk4,clk8,clk16,clk32 :in std_logic; sel in std_logic_vector(2 downto 0); clock_out :out std_logic ); end component; begin t1:taoxung port map(CLOCK_50,'1',div0,div1,div2,div3,div4); t2:hopkenhtaoxung port map(CLOCK_50,div0,div1,div2,div3,div4, sel(2 downto 0),clk); end chon; -------Chương trình dò điểm trigger library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity trigger_unit is port ( trig_load :in std_logic_vector(1 downto 0); trig_value :in std_logic_vector(7 downto 0); logic_inputL :in std_logic_vector(7 downto 0); logic_inputH :in std_logic_vector(7 downto 0); trig_falling :in std_logic; Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 67 fifo_a_logic :in std_logic; fifo_b_logic :in std_logic; high_speed :in std_logic; ext_trigger :in std_logic; clk :in std_logic; rec_en :in std_logic; trig_sel :in std_logic_vector(1 downto 0); trigger_output :out std_logic ); end; architecture chon of trigger_unit is signal chotout1,chotout2:std_logic_vector(7 downto 0); signal a1,a2,a3,b1,b2,b3,q11,q12,q13,q14,q2,q3,s:std_logic; signal outmux21,outmux22,outmux3,outtrigD:std_logic; -------------- component mux2 port( a,b :in std_logic; sel :in std_logic; q :out std_logic ); end component; -------- component mux3 port( a,b,c :in std_logic; sel :in std_logic_vector(1 downto 0); Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 68 q :out std_logic ); end component; ------- component reg port ( en :in std_logic; a :in std_logic_vector(7 downto 0); q :out std_logic_vector(7 downto 0) ); end component; ------- component trigD port ( a :in std_logic; clk,clear :in std_logic; q :out std_logic ); end component; ------- component sosanh PORT ( dataa :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); datab :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO AeB : OUT STD_LOGIC ; AgB : OUT STD_LOGIC ; Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 69 AlB : OUT STD_LOGIC ); end component; -------- begin chot1 :reg port map(trig_load(0), trig_value(7 downto 0),chotout1(7 downto 0)); chot2:reg port map(trig_load(1), trig_value(7 downto 0),chotout2(7 downto 0)); sosanh1:sosanh port map(chotout1(7 downto 0), logic_inputL(7 downto 0),a1,a2,a3); sosanh2:sosanh port map(chotout2(7 downto 0), logic_inputH(7 downto 0),b1,b2,b3); ---------------------- t1:mux2 port map(a2,a3,trig_falling,outmux21); t2:mux2 port map(b2,b3,trig_falling,outmux22); ------------------------ q11<=a1 and fifo_a_logic and (not fifo_b_logic); q12<=not fifo_a_logic and not fifo_b_logic and not high_speed; q13<=(a1 and b1) and fifo_b_logic; q14<=(outmux21 and outmux22)and high_speed; q3<=q12 or q13 or q11 or q14; q2<=ext_trigger xor trig_falling; ------------------ t3:mux3 port map(q3,outmux22,q2, trig_sel(1downto 0),outmux3); t4:trigD port map(outmux3,clk,'1',outtrigD); ------------------------ Khóa luận tốt nghiệp Thử nghiệm thiết kế dao động ký số trên FPGA Nguyễn Văn Thông K49ĐB 70 s<=(not outtrigD and rec_en) or( rec_en and s); trigger_output<=(outtrigD and s)or(trig_sel(0)and trig_sel(1)); end chon; Tài liệu tham khảo [1] PGS.Vũ Quý Điềm(chủ biên),Phạm Văn Tuân, Nguyễn Thúy Anh, Đỗ Lê Phú, Nguyễn Ngọc Văn -Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - - NXB Khoa Học và Kỹ Thuật 2006 [2] Tống Văn On - Thiết kế mạch số với VHDL và Verilog- tập 1,2- NXB Lao động Xã hội -2007 [3] Volnei A. Pedroni - Circuit Design With VHDL [4] DE2_UserManual [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]