- •Введение
- •1. Проектирование умножителей в базисе плис
- •Двоичная арифметика
- •Представление чисел со знаком
- •1.3. Матричные умножители
- •1.4. Проектирование умножителя методом правого сдвига и сложения с управляющим автоматом в базисе плис
- •1.5. Проектирование умножителя целых чисел со знаком методом правого сдвига и сложения в базисе плис
- •1.6. Общие сведения по программным умножителям в базисе плис
- •1.7. Разработка проекта умножителя размерностью 4x4 в базисе плис типа ппвм серии Cyclone фирмы Altera с помощью учебного лабораторного стенда leso2.1
- •2. Проектирование цифровых фильтров в базисе плис
- •2.1. Проектирование ких-фильтров с использованием системы визуально-имитационного моделирования Matlab/Simulink
- •2.2. Проектирование параллельных
- •2.4. Проектирование ких-фильтра с использованием умножителя на методе правого сдвига и сложения
- •2.5. Проектирование квантованных ких-фильтров
- •2.6. Систолические фильтры в базисе плис
- •2.7. Проектирование систолических ких-фильтров в базисе плис с использованием системы цифрового моделирования ModelSim-Altera
- •3. Проектирование цифровых автоматов на языке vhdl для реализации в базисе плис
- •3.1. Проектирование цифровых автоматов Мура, Мили по диаграммам переходов
- •3.2. Кодирование с одним активным состоянием
- •3.2.1. Использование “ручного” способа кодирования состояний цифрового автомата
- •3.2.2. Использование различных стилей кодирования состояний цифровых автоматов на языке vhdl
- •3.3. Использование цифровых автоматов в технологии периферийного сканирования бис
- •3.4. Проектирование цифровых автоматов с использованием системы matlab/simulink и сапр плис Quartus II
- •4. Проектирование микропроцессорных ядер для реализации в базисе плис
- •4.1. Проектирование учебного процессора для реализации в базисе плис с помощью конечного автомата
- •4.2. Использование различных типов памяти при проектировании учебного микропроцессорного ядра для реализации в базисе плис
- •4.3. Проектирование учебного процессора для реализации в базисе плис с использованием системы Matlab/Simulink
- •4.4. Проектирование учебного процессора с фиксированной запятой в системе Matlab/Simulink
- •4.5. Проектирование учебного процессора с фиксированной запятой в сапр плис Quartus II
- •4.6. Проектирование микропроцессорных ядер с конвейерной архитектурой для реализации в базисе плис
- •4.7. Использование ресурсов плис Stratix III фирмы Altera при проектировании микропроцессорных ядер
- •4.8. Проектирование микропроцессорных ядер с использованием приложения StateFlow системы Matlab/Simulink
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»
А.В. Строгонов
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2014
УДК 621.3.049.77
Строгонов А.В. Основы цифровой обработки сигналов: учеб. пособие [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые и граф. данные (58 Мб). - Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. - 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; MS Word 2007 или более поздняя версия; СD -ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.
В учебном пособии рассматривается проектирование устройств цифровой обработки сигналов для реализации в базисе ПЛИС. Даются практические примеры проектирования цифровых фильтров с использованием высокоуровневого языка описания аппаратурных средств VHDL и мегафункций в САПР ПЛИС Quartus II компании Altera. Уделено внимание вопросам проектирования цифровых автоматов и функциональных узлов микропроцессорных устройств для реализации в базисе ПЛИС с использованием системы Matlab/Simulink.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210100.68 «Электроника и наноэлектроника» (программа магистерской подготовки «Приборы и устройства в микро- и наноэлектронике»), дисциплинам «Цифровая обработка сигналов», «Архитектуры микропроцессорных вычислительных систем», «САПР БИС программируемой логики», «САПР системного уровня проектирования БИС», «Методология проектирования БИС».
Табл. 20. Ил. 217. Библиогр.: 25 назв.
Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза
Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государ-ственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Е.Н. Бормонтов);
д-р техн. наук, проф. М.И. Горлов
© Cтрогонов А.В., 2014
© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский
Введение
ПЛИС – цифровые БИС высокой степени интеграции, имеющие программируемую пользователем внутреннюю структуру и предназначенные для реализации сложных цифровых устройств. Использование ПЛИС и САПР позволяет в сжатые сроки создавать конкурентоспособные устройства и системы, удовлетворяющие жестким требованиям по производительности, энергопотреблению, надежности, массо-габаритным параметрам, стоимости.
ПЛИС широко используются в качестве интерфейсных схем, в микропроцессорных системах для организации обмена и стыковки различных ИС между собой и устройствами ввода-вывода. В базисе ПЛИС могут быть спроектированы логические блоки и системы, преобразователи кодов, периферийные контроллеры, микропрограммные устройства управления, конечные автоматы, умножители, микропроцессорные ядра и др.
Обработка сигналов может осуществляться с помощью различных технических средств. В последнее десятилетие лидирующее положение занимает цифровая обработка сигналов (ЦОС), которая по сравнению с аналоговой имеет следующие преимущества: малую чувствительность к параметрам окружающей среды, простоту перепрограммирования и переносимость алгоритмов.
Одной из распространённых операций ЦОС является фильтрация. Вид импульсной характеристики цифрового фильтра (ЦФ) определяет их деление на ЦФ с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры) и ЦФ с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры).
Широкое применение цифровых КИХ-фильтров вызвано тем, что свойства их хорошо исследованы. Использование особенностей архитектуры ПЛИС позволяет проектировать компактные и быстрые КИХ-фильтры с использованием так называемой распределённой арифметики.
В первой главе рассматриваются основы двоичной арифметики, представление чисел со знаком в формате с фиксированной запятой и различные виды умножителей цифровых сигналов.
Во второй главе рассматривается моделирование КИХ-фильтра в системе Matlab/Simulink (пакет Signal Processing, среда FDATool), проектирование КИХ-фильтров на последовательной и параллельной арифметиках, с использованием операций умножения с накоплением (MAC), демонстрируются различные варианты реализации КИХ-фильтров с использованием перемножителей на мегафункциях САПР Quartus II компании Altera.
В третьей главе приводятся сведения по проектированию цифровых автоматов Мура, Мили по диаграммам переходов. Подробно рассматривается метод кодирования с одним активным состоянием, а также методы и приемы (стили кодирования цифровых автоматов на языке VHDL), позволяющие повысить эффективность использования ресурсов ПЛИС.
В четвертой главе рассмотрены различные подходы в проектировании микропроцессорных ядер для реализации в базисе ПЛИС с использованием системы визуально-имитационного моделирования Matlab/Simulink c приложениями StateFlow и Simulink HDL Coder. Микропроцессорные ядра, представленные в виде сложно-функциональных блоков в базисе ПЛИС, позволяют реализовать современную концепцию “система на кристалле”. Использование более высокой степени абстракции в проектировании БИС и сложно-функциональных блоков в виде готовых модулей позволяют создавать конкурентоспособные изделия в кратчайшие сроки.