FPGA學(xué)習(xí)筆記之嵌入式鎖相環(huán)模塊ALTPLL的配置和調(diào)用

目的：今天我們通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)和初步使用鎖相環(huán)模塊ALTPLL，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是將輸入的50Mhz的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)模塊ALTPLL，輸出一路25MHz的分頻信號(hào)、一路100MHz的倍頻信號(hào)和一路有3ns相移的50Mhz的時(shí)鐘信號(hào)。

說(shuō)明：我們有三種方式可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性，一種方法是通過(guò)DE2-70開(kāi)發(fā)板，將三路輸出信號(hào)映射到FPGA的引腳，通過(guò)示波器觀察，驗(yàn)證結(jié)果；另外一種方法是利用SignalTapII Logical Analyzer進(jìn)行驗(yàn)證；第三種方法是編寫(xiě)激勵(lì)塊，在軟件QuartusII中調(diào)用Modelsim SE進(jìn)行仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性。本實(shí)驗(yàn)會(huì)給出激勵(lì)塊，在仿真環(huán)境ModelsimSE中驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

前兩種方式基于FPGA硬件設(shè)備，第三種方式可以在無(wú)硬件的條件下驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性！！

1、配置鎖相環(huán)模塊ALTPLL：

1）  打開(kāi)QuartusII軟件，選擇菜單欄Tool-->Mega Wizard Plug-In Manager,選擇Create a newcustom megafunction,意為創(chuàng)建一個(gè)新的宏功能模塊，然后單擊Next；

2） 在彈出的界面中，右上角選擇器件系列和輸出文件類型（此處選擇CycloneII和Verilog），在左邊框欄中選擇IO文件夾下的ALTPLL，最后選擇輸出文件保存路徑和文件名，按如圖所示設(shè)置后，點(diǎn)擊Next；

3） 在新彈出的界面中，設(shè)置輸入時(shí)鐘inclk0的頻率為50MHz(因?yàn)镈E2-70開(kāi)發(fā)板的輸入時(shí)鐘為50Mhz)，設(shè)置devicespeed grade為6，這個(gè)參數(shù)與具體芯片的型號(hào)有關(guān)，其他保持默認(rèn)，然后點(diǎn)擊Next；

4)設(shè)置輸入輸出信號(hào)。在彈出的界面中，按照如圖所示設(shè)置，其中OptionalInput項(xiàng)目下面包含”pllena(使能端，高電平有效)”、”areset(異步清零端，高電平有效)”、”pfdena(相位/頻率檢測(cè)器的使能端，高電平有效)”，為了方便操作，我們只選擇了areset異步清零端；同時(shí)LockOutput項(xiàng)目下，選擇”locked”,通過(guò)這個(gè)輸出端口可以判斷鎖相環(huán)是否失鎖，高電平表示正常；

5)單擊Next兩次，在彈出的界面中設(shè)置三個(gè)輸出信號(hào)c0、c1、c2的參數(shù)（頻率、相位和占空比）。設(shè)置輸出信號(hào)c0的頻率為25MHz,相移為零，占空比為50%，c1的頻率為50MHz,相移為4ns，占空比為50%,c2的頻率為100MHz,相移為零，占空比為50%,按照如圖進(jìn)行設(shè)置：

說(shuō)明：可以通過(guò)分頻因子和倍頻因子設(shè)置輸出信號(hào)頻率，也可以直接輸入輸入信號(hào)頻率，具體使用哪種方法，根據(jù)個(gè)人愛(ài)好！

需要選中Use thisclock,圖片中忘記標(biāo)記！！

6)設(shè)置輸出文件類型。設(shè)置完c0、c1、c2輸出信號(hào)的頻率、相位和占空比等參數(shù)后，點(diǎn)擊兩次Next，在新彈出的界面中選擇需要的輸出文件格式。

說(shuō)明：MyPll.v文件是我們建立的實(shí)例模塊，需要在頂層模塊中調(diào)用，所以系統(tǒng)默認(rèn)選中；

    MyPll_inst.v文件展示了在頂層模塊中引用的方法；

    MyPll.bsf文件與原理圖有關(guān)；

    每個(gè)人可以根據(jù)自己的需要選擇文件，一般情況下保持默認(rèn)即可��！

7）點(diǎn)擊Finish，配置完畢。

2、新建頂層文件，引用剛才生成的MyPll.v文件，同時(shí)編寫(xiě)激勵(lì)塊文件，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

   說(shuō)明:關(guān)于如何建立工程、生成激勵(lì)塊文件，可以參考我的另一篇博文！

  1)新建工程，并編寫(xiě)頂層模塊，命名為My_Pll_Top.v具體代碼如下所示：

   moduleMy_Pll_Top(areset,inclock0,c0,c1,c2,locked);

    inputareset,inclock0;

    outputc0,c1,c2,locked;

  MyPll MyPll_inst(

        .areset(areset),

        .inclk0(inclock0),

        .c0(c0),

        .c1(c1),

        .c2(c2),

        .locked(locked));

endmodule

  2）編寫(xiě)激勵(lì)塊文件，具體代碼如下:

   `timescale 1 ns/ 1 ps

moduleMy_Pll_Top_vlg_tst();

regareset;

reginclock0;                                             

wirec0;

wirec1;

wirec2;

wirelocked;

My_Pll_Top i1(

        .areset(areset),

        .c0(c0),

        .c1(c1),

        .c2(c2),

        .inclock0(inclock0),

        .locked(locked)

    );

initial                                               

begin                                                                        

    areset =1'b1;

# 100 areset = 0;

# 1000$stop;                                          

$display("Runningtestbench");                     

end                                      

always

  begin

inclock0 = 1'b0;

inclock0 = #10 1'b1;

  #10;

   end

endmodule

2）將之前生成的MyPll.v文件加入到當(dāng)前項(xiàng)目，然后對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行編譯，直到編譯通過(guò)。

3、進(jìn)行仿真測(cè)試，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

   1)首先在QuartusII中對(duì)仿真環(huán)境進(jìn)行設(shè)置(具體設(shè)置可以參考里一片博文)；

  2)選擇菜單欄Tools-->Run Simulation Tool-->RTLSimulation,等待一會(huì)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)Modelsim SE仿真環(huán)境。

  3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，通過(guò)各個(gè)信號(hào)的波形，可以觀察到輸入信號(hào)inclock0和輸出信號(hào)c0、c1、c2之間的關(guān)系:

    a、100ns之后，areset變?yōu)榈碗娖剑蠹s90ns之后，輸出信號(hào)正常；

    b、輸入信號(hào)inclock0的頻率為50Mhz, 輸出信號(hào)c0的頻率為25Mhz,c1的頻率為50Mhz,c2的頻率為100MHz;

    c、輸入信號(hào)inclock0和c0、c2同相位，同占空比，輸出信號(hào)c1相位滯后3ns;

    d、通過(guò)分析信號(hào)波形，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論一致。