K = 1 << k, //2^k
SPEED_COEF = 2*N/100, //2*M*N, M=0.01
TRANS_COEF_min = 1 << (n-1),
TRANS_COEF_CORR_max = 4096;
Коэффициент скорости сходимости SPEED_COEF – масштабированный коэффициент скорости сходимости для M = 0,01. TRANS_COEF_min – минимально возможное значение принимаемое коэффициентом передачи, соответствующее минимальному ослаблению в два раза. Максимально возможное значение принимаемое коэффициентом передачи получается при использовании регистра TRANS_COEF, имеющего разрядность на единицу больше, чем n, что соответствует максимальному усилению в два раза, предотвращения расчетных ошибок также ограничен регистр содержащий корректировку коэффициента передачи на каждом цикле работы регулятора TRANS_COEF_CORR_max.
Параметр n, как сказано выше, определяет точность системы. Минимальное значение масштабированного коэффициента передачи Wqk = 1, следовательно, минимальное значение итогового коэффициента передачи будет равно 1/Nr, Nr = 2n. В данном случае параметр n =15, то есть минимальное значение коэффициента передачи (и шага подстройки) будет равно 0,00003 (0,00026 дБ), что превосходит заданный в исходных данных шаг подстройки, равный 0,09 (0,75 дБ). В начале работы коэффициент передачи устанавливается следующим образом:
initial TRANS_COEF = N,
что соответствует коэффициенту передачи W равному единице.
Полный код модуля на языке Verilog, описывающий работу согласно функциональной схеме, приведен в приложении Г. В данной главе приведены особенности разработки цифровых систем на ПЛИС с использованием программного пакета Quartus II и языка описания аппаратуры Verilog HDL. На основе структурной схемы разработана функциональная схема системы шумовой автоматической регулировки усиления. В соответствии с алгоритмом и функциональной схемой синтезирован модуль системы ШАРУ, листинг которого приведен на языке Verilog HDL. Разработана интерфейсная часть модуля, для его последующего встраивания в файл верхнего уровня. Описаны изменяемые и локальные параметры разработанного модуля. Установлено, что шаг подстройки коэффициента передачи существенно меньше заданного в исходных данных.
4. Выбор элементной базы и описание принципиальной электрической схемы устройства
Выбор элементной базы
Выбор ПЛИС
Выбор элементной базы, на которой синтезируется алгоритм работы, обусловлен следующими факторами:
переход от одного семейства ПЛИС к другому не представляет большего труда;
так как синтез устройства проводился в САПР Quartus II 9.0 целесообразно выбрать один из кристаллов, поддерживаемым этим программным пакетом;
в связи с ограничением элементов, разрешенных к использованию, необходимо выбрать ПЛИС, соответствующую данному требованию.
В процессе синтеза и предварительной компиляции проекта системы ШАРУ было установлено, что логическая емкость ПЛИС EPF10K100ARI240-3 фирмы «Altera» достаточна для реализации данного проекта. Наименованиие модели ПЛИС расшифровывается следующим образом: EPF10K100A – обозначает семейство ПЛИС и его логическую емкость, R – тип корпуса, I – индустриальный тип исполнения (диапазон температур от -40 до +100 °С), 240 – количество контактов, 3 – градация скорости[5]. Также она является одной из немногих ПЛИС, доступных вследствие ограниченной разрешенной к применению элементной базы, является
Выбор микросхемы конфигурационного ПЗУ
В качестве конфигурационного ПЗУ выбрана микросхема EPC2LI20 фирмы Altera. В спецификации на ПЛИС EPF10K100ARI240-3 рекомендованы следующие типы ПЗУ: EPC1, EPC2, EPC1441. Микросхемы EPC1 и EPC1441 требуют дорогостоящего оборудования для программирования микросхем. Более того, эти микросхемы не позволяют многократно записывать в них данные, что существенно увеличит расходы и трудоемкость на проектирование устройства в процессе отладки. Микросхема EPC2LI20 является микросхемой многократного программирования. Стоит отметить также, что эта микросхема не требует специального устройства для программирования – для ее программирования используется тот же программатор, что и для записи данных в ПЛИС по порту JTAG, что позволяет использовать один и тот же программатор для обоих устройств [6].
Описание принципиальной электрической схемы устройства
Разработана принципиальная электрическая схема системы, приведенная в приложении Д на 4 листах. На схеме приняты следующие обозначения: D1 – ПЛИС EPF10K100ARI240-3, D2 – конфигурационное ПЗУ, C1…C22 – конденсаторы, разъемы X1…X3 и резисторы R1…R10. Конденсаторы C3…C22 номиналом 0,1 мкФ каждый должны располагаться непосредственно рядом с ПЛИС, а электролитические конденсаторы С1, С2 номиналом 0,47 мкФ каждый – как можно ближе к разъему Х1,так как они являются фильтрующими. Разъем X1 – трехрядный, содержащий в каждом ряду A, B, C по 45 контактов, предназначенный для подачи на ПЛИС питающего напряжения – VCC (на устройство подается питание +3,3 В), а так же для осуществления коммутации с внешними устройствами. С помощью него на ПЛИС подаются тактовый сигнал, или синхросигнал, и входные сигналы, а также на его контакты под действием управляющих сигналов поступают выходные сигналы. Разъемы X2 и X3 представляют десяти контактные джемперные линейки. Разъем X2 предназначен для программирования ПЛИС по цепи JTAG, а разъем X3 – для программирования ПЗУ. Процесс конфигурирования ПЗУ или ПЛИС должен происходить следующим образом: выбирается соответствующий конфигурационный файл и последовательно программируется каждая ПЛИС. Незадействованные контакты должны быть припаяны к печатной плате, на электрической схеме они не указаны. С целью обеспечения минимального времени распространения синхросигнала, а также более надежного конфигурирования ПЛИС цепи сигналов TCI, TMS, TCK, TDO и тактового сигнала должны быть проложены кратчайшим способом. После принципиальной схемы в приложении Е приведен перечень элементов.
В данной главе были описаны ограничения, накладываемые на выбор микросхемы ПЛИС и конфигурационного ПЗУ для неё. В соответствии с этими ограничениями, для реализации системы ШАРУ была выбрана ПЛИС EPF10K100ARI240-3 и конфигурационное ПЗУ EPC2LI20 фирмы Altera. Разработана принципиальная электрическая схема системы и перечень элементов, приведено краткое описание. Приведены методики конфигурирования ПЛИС.
5. Анализ быстродействия и функционирования системы ШАРУ
Анализ быстродействия и занятых аппаратурных ресурсов
Для оптимизации процесса работы любого разрабатываемого устройства проводится анализ его быстродействия и задействованных аппаратурных ресурсов. Оптимальность процесса работы устройства оценивается следующими параметрами: быстродействием и максимальной тактовой частотой работы. При компиляции проекта была выбрана ПЛИС производства фирмы Altera семейства FLEX10KA, а именно EPF10K100ARI240-3. В свою очередь, быстродействие, так же как и максимальная тактовая частота работы, определяется количеством занятых аппаратурных ресурсов ПЛИС и числом задействованных контактов. В результате компиляции в Quartus II 9.0, был составлен файл отчета о скомпилированном проекте. В таблице 6.1 приведены некоторые данные, взятые из этого файла. Для измерения быстродействия и максимальной тактовой частоты в Quartus II 9.0 применяется встроенная функция Classic Timing Analyzer. Результаты данного анализа для разработанной цифровой системы ШАРУ представлены в таблице 5.1.
Скачать реферат