數字信號處理實驗報告實驗1 正弦信號發生器實驗2 AM系統學院：學院班級：學號：姓名： 2012.6.2實驗一 正弦信號發生器一、實驗儀器：PC機一臺，JQ-SOPC-2C35實驗箱一臺及輔助軟件（DSP Builder、Matlab/Simulink、Quartus II、Modelsim）。二、實驗目的：1.初步了解JQ-NIOS-2C35實驗箱的基本結構；2。學習和熟悉基于DSP Builder開發數字信號處理實驗的流程。三、實驗原理：正弦波是一種基本信號，任何復雜信號都可由許多頻率、幅度各不相同的正弦波復合而成。已知正弦波存在如下的關系： 由以上公式可知，正弦波存在周期性，本實驗就是根據正弦波的這一特性進行正弦波發生。在Altera DSP Builder庫中，有一名為Increment Decrement的模塊，根據參數設置的不同，Increment Decrement會不斷從0計數到設定值，然后清0，接著又從0開始計數。圖3-1顯示的是Increment Decrement的參數設置界面，以圖中參數為例，number of bits設置為6，即從0開始計數到26，然后清0，接著又從0開始計數。在LUT(Look Up Table)查找表模塊中事先存入一個周期的正弦波的抽樣值，利用Increment Decrement模塊不斷計數，根據計數值找到查找表的地址取出里面的值進行輸出，因為Increment Decrement模塊的輸出具有周期性，則從LUT的輸出也具有了周期性，這樣，就產生了正弦波。四、實驗步驟： 本實驗的操作步驟如下：1點擊桌面上的Matlab圖標，進入Matlab主界面，并將工作目錄設為Matlab安裝目錄下的work文件夾，如圖1所示：2點擊菜單欄中的File-New-Model，新建一個模型，在Matlab命令窗口中輸入simulink命令，調出simulink工具欄，如圖2所示： 3雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的Arithmetic庫，找到Increment Decrement模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中。 4雙擊模型文件中的Increment Decrement模塊，打開模塊參數對話框，將Bus Type設為Signed Integer，number of bits設為6，保持其他參數不變，點擊【OK】按鈕確認。點擊模塊下面的文本，將其重命名為IncCount。 5雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的Storage庫，找到LUT模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中。雙擊模型文件中的LUT模塊，打開模塊參數對話框，將Data Type設為Signed Integer，Address Width設為6，number of bits設為8，MATLAB Array設為127*sin( 0:2*pi/(26):2*pi )。保持其他參數不變，點擊【OK】按鈕確認。點擊模塊下面的文本，將其重命名為SinLut。 6雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的Storage庫，找到Delay模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中。 7雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的Arithmetic庫，找到其中的Product模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中，雙擊該模塊，打開模塊參數對話框，在Optional ports and settings中的Use LPM選項前打勾。保持其他參數不變，點擊【OK】按鈕確認。 8雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的IO&Bus庫，找到其中的Input和Output模塊，選中它們并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中，雙擊Input模塊，打開模塊參數設置界面，將Bus Type設為Single Bit，保持其他參數不變，點擊【OK】按鈕確認。雙擊Output模塊，打開模塊參數設置界面，Bus Type設為Signed Integer，number of bits設為8，保持其他參數不變，點擊【OK】按鈕確認。 9雙擊simulink工具欄中的Simulink中的Sinks庫，找到Scope模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中，雙擊Scope模塊，打開模塊參數設置界面，點擊菜單欄中的Parameters，將number of axes 設為2。點擊【OK】確認，關閉模塊參數設置界面。 10雙擊simulink工具欄中的Simulink中的Source庫，找到Step模塊，選中它并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中，雙擊Step模塊，打開模塊參數界面，將Step time 設為50，Initial value設為50，Final time 設為1，Sample time 設為1。保持其他參數不變，點擊【OK】確認。 11連接模塊，連接后的模型如圖4所示：圖4 正弦發生器模型 12雙擊simulink工具欄中的Altera DSP Builder中的AltLab庫，找到其中的Signal Compiler和TestBenchOn模塊，選中它們并按住鼠標左鍵將其拖到新建的模型文件中，執行File-Save 保存文件，將其命名為sinwave.mdl。 13執行Simulation-Configuration Parameters，將solver設為discrete，Type設為Fixed-step，Stop Time設為500。 14點擊菜單欄中的黑色小三角，啟動simulation，simulation結束后，雙擊Scope模塊，打開波形觀察界面，在波形上點擊鼠標右鍵，選擇Autoscale，即可觀察simulation后的正弦波形。 15點擊TestBenchOn模塊，打開模塊參數界面，在Advanced選項卡中，點選Lauch GUI，并依次點擊Generate HDL，Run Simulink和Run Modelsim，啟動RTL級仿真。 16隨后顯示的界面即為Modelsim RTL級仿真的波形圖。選中tb_sinwave/dut/output信號，點擊鼠標右鍵，選中Propertyties選項，選擇Format為analog，將Height設為100，Scale設為0.4，點擊【OK】確認。 17在信號上點擊鼠標右鍵，選擇Zoom Full，即可看到RTL級仿真波形。 18點擊Signal Compiler模塊，打開參數設置頁面，器件系列選擇cylone II，點擊compile，結束后，關閉該頁面。 19點擊桌面上的 Quartus 圖標，執行File-New Project Wizard，創建新的工程，將工程路徑設置成模型文件所在路徑，對project命名為sinwave。 20點擊next，添加文件，將.tcl和.vhd文件添加進工程中，點擊next，在器件family中選擇Cyclone ，選擇下拉菜單中的EP2C35F672C6.，點擊finish。 21點擊菜單欄中的紫色小三角，對創建的文件進行編譯。 22編譯成功后執行File-New-Vector Waveform File，點擊【OK】確認。 23執行Edit-Insert-Time Node or Bus，在彈出的對話框中選擇Node Finder，再點擊List，從左邊彈出的管腳名中選擇Clock，aclr，Input和Output添加到右邊，點擊【OK】確認。 24選中aclr信號，選擇左邊工具欄的圖標，選中Input信號，同樣設為。通過執行菜單欄Edit-End Time設置仿真結束時間為1毫秒。選中Clock信號，點擊，將周期設為20，單位納秒，仿真結束時間為1毫秒，點擊【OK】確認。保存該文件，將其命名為sinwave。 25執行Assignmets-Settings，選擇Simulator Settings，Simulation mode選為Functional，在右邊的對話框中將保存的波形文件添加到Simulation Input中，點擊【OK】確認。執行菜單欄的Processing-Generate Functional Simulation Netlists進行功能仿真。 26執行菜單欄Assignmets-Settings，選擇Simulator Settings，Simulation mode選為Timing，在右邊的對話框中將保存的波形文件添加到Simulation Input中，點擊【OK】確認。點擊菜單工具欄中的圖標，對工程進行時序仿真。仿真完成后，選中Output信號，單擊鼠標右鍵，選擇Display Format中的Analog Waveform，若彈出對話框詢問是否覆蓋原文件，選擇Yes。再次選中Output信號，單擊鼠標右鍵，選擇Display Format中的Analog Waveform，將Display Style設為Step，Display Height設為4，點擊【OK】確認。即可觀察到時序仿真波形。 27執行Assignmets-Assignment Editor，將Category設為Pin，并按照下圖對Pin進行設置:圖5 管腳設置按照實驗箱中的用戶指南28頁中的圖4-5所示將aclr、Input分配給開關PIN_AE14,PIN_AF14，按照37頁圖4-8將Clock分配為PIN_N2管腳，按照52頁圖4-10將Output總管腳及其如Output0Output7的分管腳進行分配，并保存。 28執行Tools-SignalTap Logic Analyzer，在Data窗口中的空白處雙擊，在彈出的對話框中將Fiter設為all®isters:post fittings，點擊List，將Output添加至右邊的窗口中，點擊【OK】確認。29在右邊的對話框中將Clock設為Clock信號，Sample depth設為1K，點選Trigger in，Source設為Clock信號，Pattern設為Rising edge。保存，若彈出對話框詢問是否將文件添加至工程，選擇Yes。點擊菜單欄中的，重新對工程進行編譯。30打開實驗箱，接入電源，用USB Blaster線將電腦和實驗箱連接起來，選擇菜單欄中的圖標。31點擊Hardware Setup，選擇USB-0，點擊【OK】確認。選中sinwave.sof文件，點擊Start，將文件下載到實驗板上。在Signaltap II界面點擊Hardware右邊的Setup，將其設為USB-BlasterUSB-0。 32將實驗箱上的開關SW3和SW4撥至高電平，點擊工具欄的圖標，啟動數據采集，一段時間后點擊圖標停止數據采集，點擊SignalTap中的data窗口，即可看到硬件實現的波形。五、實驗結果：matlab Scope 波形：Modelsim RTL級仿真的波形：Quartus功能仿真時序仿真波形。硬件實現的波形實驗二 AM系統一、實驗儀器：PC機一臺，JQ-NIOS-2C35實驗箱一臺及輔助軟件（DSP Builder、Matlab/Simulink、Quartus II、Modelsim）二、實驗目的：1、初步了解JQ-NIOS-2C35實驗箱的基本結構。2、學習和熟悉基于DSP Builder開發數字信號處理實驗的流程。3、理解AM系統設計的原理和方法。3、 實驗原理： 在常規雙邊帶調幅中，輸出已調制的信號的包絡與輸入調制信號成正比，其時間波形可表達為： （4-11）式中，為外加的直流分量。為調制信號，它可以是確知信號，也可以是隨機信號，但通常認為平均值為0。為載波信號的頻率。為載波信號的起始相位。對于幅度調制信號，在波形上，它的幅度隨基帶信號規律而變化。 由于頻譜的搬移是線性的，因此幅度調制通常又稱為線性調制。四、實驗步驟： 本實驗的操作步驟如下：1、 點擊桌面上的Matlab圖標，進入Matlab主界面，并將工作目錄設為Matlab安裝目錄下的work文件夾。2、點擊菜單欄中的File-New-Model，新建一個模型，在Matlab命令窗口中輸入simulink命令，調出simulink工具欄，并執行File-Save 保存文件，將其命名為AM。 3、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Altbus模塊將其添加到文件中。打開模塊參數對話框，將Bus Type設置為Signed Integer，number of Bits設置為16，然后單擊【OK】按鈕確認。4、在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下選擇Pipelined Adder模塊將其添加到文件中。設置Bus Type為Signed Integer；number of bits.為16；Number of Pipeline Stages為2。單擊【OK】確認。點擊模塊下文本，將其重命名為“Pipelined Adder3”。5、在Altera DSP Builder Blockset中的Storage下選擇Delay模塊將其添加到文件中。6、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Bus conversion模塊將其添加到文件中。打開模塊對話框，將Bus Type設置為Signed Integer，Input設置為16，output設置為8，Input Bit Connected to Output LSB設置為8，然后點擊【OK】確認。7、在Altera DSP Builder Blockset中的Storage下選擇LUT模塊將其添加到文件中。將Data Type設置為Signed Integer；number of bits設置為8；LUT Address Width設置為8；MATLAB Array查找表中存儲數據的內容，設置為127*sin(0:2*pi/(28):2*pi)，然后點擊【OK】確認。8、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Constant模塊將其添加到文件中。打開模塊參數對話框，設置Constant Value為100；將Bus Type設置為Signed Integer；number of bits設置為8；其它參數設置保持不變，然后點擊【OK】確認。9、按照圖2-1連接模塊。10、將圖2-1的所有模塊選中，單擊鼠標右鍵，點擊Creat Subsystem，點擊子系統下文本，將其重命名為“DDS”。11、重復步驟3-10，將AltBus的number of Bits設置為32；Constant模塊的Constant Value為88234567，number of Bits設為32；Bus conversion的Input設置為32，output設置為10，Input Bit Connected to Output LSB設置為22；LUT模塊的Data Type設置為Signed Integer；number of bits設置為10；LUT Address Width設置為10；MATLAB Array查找表中存儲數據的內容，設置為511*sin(0:2*pi/(210):2*pi)，同樣創建為子系統，然后點擊子系統的文本，將其命名為“DDS1”12(為后面準備)、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Input添加到模型文件中。設置Bus Type為Unsigned Integer；設置number of bits.為3；勾選Specify Clock，并在Clock下寫入Clock；然后點擊【OK】確認。13（為后面準備）、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Output添加到模型文件中。設置Bus Type為Signed Integer；設置number of bits.為10；其它參數設置不變；然后點擊【OK】確認。14、在Altera DSP Builder Blockset中的Gate&Control下選擇Multiplexer添加到模型文件中。將其Number of Input Data Lines設置為8，然后點擊【OK】確認。如圖2-2所示連接，并建立子系統。圖2-2 Mux子系統連接圖Constant5的設置如圖2-3所示。圖2-3 Constant5參數對話框Constant6Constant12的Constant Value分別為：0.79688，0.69922，0.59766，0.5，0.39844，0.19824，0.097656。其它設置如圖2-3保持不變。15、 在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下選擇兩個Product模塊添加到模型文件中分別命名為Product和Product1，bus type 設為Inferred。16、 在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇兩個Constant模塊將其添加到文件中分別命名為Constant1和Constant2。打開模塊參數對話框，設置Constant1 Value為1；將Bus Type設置為Signed Integer；number of bits設置為8；其它參數設置保持不變，然后點擊【OK】確認，Constant2Value為1；將Bus Type設置為Signed Integer；number of bits設置為10；其它參數設置保持不變，然后點擊【OK】確認。17、在Altera DSP Builder Blockset中的Arithmetic下選擇兩個Pipelined Adder模塊將其添加到文件中分別命名為Pipelined Adder和Pipelined Adder1。對Pipelined Adder設置Bus Type為Signed Integer；number of bits.為8；Number of Pipeline Stages為2。單擊【OK】確認。對Pipelined Adder1設置Bus Type為Signed Integer；number of bits.為10；Number of Pipeline Stages為2。單擊【OK】確認。18、在Altera DSP Builder Blockset中的IO&Bus下選擇Bus conversion模塊將其添加到文件中。打開模塊對話框，將Bus Type設置為Signed Integer，Input設置為18，output設置為10，Input Bit Connected to Output LSB設置為8，然后點下面的文本，將其命名為“Bus conversion1”，然后點擊【OK】確認。19、在Altera DSP Builder Blockset中的Rate Change下選擇Clock模塊將其添加到文件中。將Simulink Sample Time設置為2e-8，其它參數保持不變，然后點擊【OK】確認。20、在Altera DSP Builder Blockset中的AltLab下選擇Signal Compiler模塊和TestBench模塊將其添加到文件中。21、在Simulink中的Sinks下選擇Scope模塊添加到文件中。22、在Simulink中的Sources下選擇Constant模塊添加到文件中。23、按照圖2-4連接AM系統。 24、執行Simulation-Configuration Parameters，將solver設為discrete，Type設為Fixed-step，Tasking mode for periodic sample times設為：Single Tasking，Stop Time設為1e-4。Fixed-steptime設為auto。 25、點擊菜單欄中的黑色小三角，啟動simulation，simulation結束后，雙擊Scope模塊，打開波形觀察界面，在波形上點擊鼠標右鍵，選擇Autoscale，即可觀察simulation后的幅度調制的仿真波形。 26、點擊Signal Compiler模塊，打開參數設置頁面，將器件family設置成Cylone II，點擊compile，結束后，關閉該頁面。 27、點擊TestBenchOn模塊，打開模塊參數界面，在Advanced選項卡中，點選Lauch GUI，并依次點擊Generate HDL，Run Simulink和Run Modelsim，啟動RTL級仿真。 28、隨后顯示的界面即為Modelsim RTL級仿真的波形圖。點擊wave-default中的unlock 按鈕選中tb_am/dut/output信號，點擊鼠標右鍵，選中Propertyties選項，選擇Format的Analog，將Height設為100，Scale設為0.2，點擊【OK】確認。 29、在信號上點擊鼠標右鍵，選擇Zoom Full，即可看到RTL級仿真波形。30、點擊桌面上的 Quartus 圖標，執行File-New Project Wizard，創建新的工程，將工程路徑設置成模型文件所在路徑，對project命名為AM。31、點擊next，將.tcl和.vhd文件添加至工程中，點擊next，在器件family中選擇Cyclone ，選擇下拉菜單中的EP2C35F672C6.，點擊Finish。32、點擊菜單欄中的紫色小三角，對創建的文件進行編譯。33、編譯成功后執行File-New-Vector Waveform File，點擊【OK】確認。34、執行Edit-Insert-Time Node or Bus，在彈出的對話框中選擇Node Finder，再點擊List，從左邊彈出的管腳名中選擇Clock，aclr，Input和Output添加到右邊，點擊【OK】確認。35、選中aclr信號，選擇左邊工具欄的圖標；選中Clock信號，點擊，將周期設置為20ns，然后對彈出的對話框點擊【OK】確認；同時在EditEnd Time設置為100us，點擊【OK】確認；右鍵選中信號Input，選擇property-radix為unsigned decimal；右鍵選中信號Input，選擇value-count value，start value 設為0，increcment by設為1，設置Timing選項點選at absolute times，count every 設為10us；最后保存該文件，將其命名為AM。36、執行Assignmets-Settings，選擇Simulator Settings，在右邊的對話框中將保存的波形文件添加到Simulation Input中，點擊【OK】確認。37、點擊菜單工具欄中的圖標，對工程進行時序仿真。仿真完成后，選中Output信號，單擊鼠標右鍵，選擇Display Format中的Analog Waveform，若彈出對話框詢問是否覆蓋原文件，選擇Yes。再次選中Output信號，單擊鼠標右鍵，選擇Display Format中的Analog Waveform，將Display Style設為Step，Display Height設為10，點擊【OK】確認。再次單擊鼠標右鍵在ZoomFit in Window，即可觀察到時序仿真波形。38、執行AssignmetsPin Planner，用Zoom Tool放大引腳分配圖，可以選擇需要分配的引腳，拖拽到對應引腳分配圖上。按照表2-1對引腳進行設置，并保存。 39、執行Assignmets-Assignment Editor，在To欄中雙擊空白格，在下拉菜單中