基于fpga函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計.doc

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1、中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計說明書基于FPGA多功能波形發(fā)生器的設(shè)計第2頁共45頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書基于FPGA的多功能波形發(fā)生器的設(shè)計摘要數(shù)字信號發(fā)生器是數(shù)字信號處理中不可缺少的調(diào)試設(shè)備，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用非常廣泛。本文所設(shè)計的內(nèi)容就是基于FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號發(fā)生器的設(shè)計，F(xiàn)PGA具有密度高，功耗低，體積小，可靠性高等特點，設(shè)計時可以不必過多考慮具體硬件連接；本設(shè)計中應(yīng)用VHDL硬件描述語言進行描述，使該數(shù)字信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、三個獨立的波形，并能對所產(chǎn)生的三種波形的頻率和幅度

2、進行調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞：直接數(shù)字頻率合成；數(shù)字波形發(fā)生器；FPGA；DDS；VHDL第2頁共45頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書第2頁共45頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書目錄1.緒論11.1背景與意義11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12.設(shè)計簡介12.1DDS技術(shù)12.2FPGA簡介22.3VHDL簡介42.4QuartusⅡ簡介63.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計83.1數(shù)字信號發(fā)生器的系統(tǒng)組成83.2設(shè)計原理及要求83.3輸入部分93.3.1頻率、幅值和波形轉(zhuǎn)換部分93.3.2系統(tǒng)時鐘電路113.3.3電源電路的設(shè)計113.4FPGA部分123

3、.5D/A轉(zhuǎn)換部分133.5.1DAC0832轉(zhuǎn)換器簡介143.6濾波電路154.系統(tǒng)軟件設(shè)計164.1軟件系統(tǒng)流程圖164.2主要函數(shù)語句分析164.3數(shù)字信號發(fā)生器的軟件設(shè)計184.4軟件各模塊194.4.1波形發(fā)生器194.4.2主控制模塊204.4.3波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊20第II頁共II頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書4.4.4波形產(chǎn)生模塊235.設(shè)計總結(jié)25附錄26參考文獻356.致謝辭36第II頁共II頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書1緒論1.1背景與意義在電子技術(shù)領(lǐng)域，常常需要波形、頻率、幅度都可調(diào)的電信號，

4、用于產(chǎn)生這種電信號的電子儀器稱作信號發(fā)生器。信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛運用于科學研究、生產(chǎn)實踐和教學試驗等領(lǐng)域。特別是在通信系統(tǒng)的科研實驗中，常常需要用到不同頻率和幅度的信號，如正弦波、三角波、方波和鋸齒波等。作為一種為電子測量和計量提供電信號的設(shè)備，它和萬用表、示波器、頻率計等儀器一樣，是最普通、最基本，也是運用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬分立元件實現(xiàn)，產(chǎn)生的波形種類要受到電路硬件的限制，體積大、靈活性和穩(wěn)定性也相對較差。近年來，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字信

5、號發(fā)生器得到了飛速的發(fā)展，性能指標都達到了一個新的水平?，F(xiàn)場可編程門陣列器件具有容量大、運算速度快、現(xiàn)場可編程等優(yōu)點，使得許多復雜的電路有了新的實現(xiàn)途徑，越來越被廣泛地應(yīng)用到實際系統(tǒng)中。而且隨著當今電子系統(tǒng)的越來越復雜，毫無疑問，數(shù)字信號發(fā)生器正在成為模擬復雜信號的事實標準。凡是能產(chǎn)生測試信號的儀器，統(tǒng)稱為信號源，也稱為信號發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。信號源是根據(jù)用戶對其波形的命令來產(chǎn)生信號的電子儀器。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號（各種波形），然后用其它儀表進行測量的參數(shù)。信號源有很多種分

6、類方法，其中一種方法可分為混和信號源和邏輯信號源兩種。其中混和信號源主要輸出模擬波形；邏輯信號源輸出數(shù)字碼形?；旌托盘栐从挚煞譃楹瘮?shù)信號發(fā)生器和任意波形/函數(shù)發(fā)生器，其中函數(shù)信號發(fā)生器輸出標準波形，如正弦波、方波等，任意波/函數(shù)發(fā)生器輸出用戶自定義的任意波形；邏輯信號發(fā)生器又可分為脈沖信號發(fā)生器和碼型發(fā)生器，其中脈沖信號發(fā)生器驅(qū)動較小個數(shù)的方波或脈沖波輸出，碼型發(fā)生器生成許多通道的數(shù)字碼型。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀采用可變時鐘和計數(shù)器尋址波形存儲器的任意波形發(fā)生器[4]第36頁共36頁中北大學2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書在一段時期內(nèi)

7、曾得到廣泛的應(yīng)用，其取樣時鐘頻率較高且可調(diào)節(jié)，然而這種波形發(fā)生器對硬件要求比較高，需要高性能的鎖相環(huán)和截止頻率可調(diào)的低通濾波器，且頻率分辨率低，頻率切換速度較慢，已經(jīng)逐步退出市場。目前市場上的數(shù)字信號發(fā)生器主要采用直接數(shù)字合成（DirectDigitalsynthesizer，DDS）技術(shù)，這種波形發(fā)生器不僅可以產(chǎn)生可變頻的載頻信號、各種調(diào)制信號，同時還能和計算機配合產(chǎn)生用戶自定義的有限帶寬的任意信號，可以為多領(lǐng)域的測試提供寬帶寬、高分辨率的測試信號。從目前發(fā)展狀況來看，國外數(shù)字信號發(fā)生器的研制和生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟。以安捷

8、倫（Agilent）和泰克（Tektronix）為代表的國際電子測量儀器公司在此領(lǐng)域進行了卓有成效的研究和開發(fā)，其產(chǎn)品無論在技術(shù)上還是市場占有率方面在國際上都享有盛譽，但其價格也相當昂貴，高端型號每臺價格都在幾萬美金左右，低端的也要幾萬人民幣。Tektronix公司的獨立結(jié)構(gòu)任意波形發(fā)生器