基于FPGA函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于FPGA多功能波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于FPGA的多功能波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)摘要數(shù)字信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字信號(hào)處理屮不可缺少的調(diào)試設(shè)備，在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用非常廣泛。木文所設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是基于FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA具冇密度高，功耗低，體積小，可靠性高等特點(diǎn),設(shè)計(jì)吋可以不必過(guò)多考慮具體硬件連接；木設(shè)計(jì)屮應(yīng)用VHDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行描述，使該數(shù)字信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、三個(gè)獨(dú)立的波形，并能對(duì)所產(chǎn)生的三種波形的頻率和幅度進(jìn)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

2、；VHDL中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄1.緒論11.1背景與意義11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介12.1DDS技術(shù)12.2FPGA簡(jiǎn)介22.3VHDL簡(jiǎn)介42.4Quartus11簡(jiǎn)介63.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)組成83.2設(shè)計(jì)原理及要求83.3輸入部分9331頻率、幅值和波形轉(zhuǎn)換部分93.3.2系統(tǒng)時(shí)鐘電路113.3.3電源電路的設(shè)計(jì)113.4FPGA部分123.5D/A轉(zhuǎn)換部分133.5」DAC0832轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介143.6濾波電路154.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1軟件系統(tǒng)流程圖16

3、4.2主要函數(shù)語(yǔ)句分析164.3數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)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20444波形產(chǎn)生模塊232.設(shè)計(jì)總結(jié)25附錄26參考文獻(xiàn)353.致謝辭361.1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(hào)，用于產(chǎn)生這種屯信號(hào)的屯子儀器稱作信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛運(yùn)用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。特別是在通信系統(tǒng)的科研實(shí)驗(yàn)屮，常常需要用到不同頻率和幅度的信號(hào)，如正弦波、三角波、方波和鋸齒波等。作為一種為電子測(cè)量和計(jì)量提供電信

4、號(hào)的設(shè)備，它和萬(wàn)用表、示波器、頻率計(jì)等儀器一樣，是最普通、最基本，也是運(yùn)用最廣泛的屯子儀器之一，幾乎所有屯參量的測(cè)量都需要用到信號(hào)發(fā)生器。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器多采用模擬分立元件實(shí)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(duì)較差。近年來(lái)，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器得到了飛速的發(fā)展，性能指標(biāo)都達(dá)到了一個(gè)新的水平。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件具有容量大、運(yùn)算速度快、現(xiàn)場(chǎng)可編程等優(yōu)點(diǎn)，使得許多復(fù)雜的電路有了新的實(shí)現(xiàn)途徑，越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。而且隨著當(dāng)今屯子系統(tǒng)的越來(lái)越復(fù)雜，毫無(wú)疑問(wèn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器止在成為模擬復(fù)雜信號(hào)的事實(shí)標(biāo)

5、準(zhǔn)。凡是能產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)的儀器，統(tǒng)稱為信號(hào)源，也稱為信號(hào)發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測(cè)電路所需特定參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)。信號(hào)源是根據(jù)用戶對(duì)其波形的命令來(lái)產(chǎn)生信號(hào)的電子儀器。信號(hào)源主要給被測(cè)屯路提供所需要的已知信號(hào)（各種波形），然后用其它儀表進(jìn)行測(cè)量的參數(shù)。信號(hào)源有很多種分類方法，其中一種方法可分為混和信號(hào)源和邏輯信號(hào)源兩種。其屮混和信號(hào)源主要輸出模擬波形；邏輯信號(hào)源輸出數(shù)字碼形?；旌托盘?hào)源乂可分為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和任意波形/函數(shù)發(fā)生器，其屮函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)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(hào)發(fā)生器又可分為脈沖信號(hào)發(fā)生

6、器和碼型發(fā)生器，其中脈沖信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)較小個(gè)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀采用可變時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器尋址波形存儲(chǔ)器的任意波形發(fā)生器⑷在一段時(shí)期內(nèi)曾得到廣泛的應(yīng)用，其取樣時(shí)鐘頻率較高口可調(diào)節(jié)，然而這種波形發(fā)生器對(duì)偵件要求比較高，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)逐步退岀市場(chǎng)?？谇笆袌?chǎng)上的數(shù)字信號(hào)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)生町變頻的載頻信號(hào)、各種調(diào)制信號(hào)，同吋還能和計(jì)算機(jī)配

7、合產(chǎn)生用戶自定義的有限帶寬的任意信號(hào)，可以為多領(lǐng)域的測(cè)試提供寬帶寬、高分辨率的測(cè)試信號(hào)。從目前發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，國(guó)外數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的研制和生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟。以安捷倫(Agilent)和泰克(Tektronix)為代表的國(guó)際電子測(cè)量?jī)x器公司在此領(lǐng)域進(jìn)行了卓有成效的研究和開發(fā)，其產(chǎn)品無(wú)論在技術(shù)上還是市場(chǎng)占有率方面在國(guó)際上都享有盛譽(yù)，但其價(jià)格也相當(dāng)昂貴，高端型號(hào)每臺(tái)價(jià)格都在幾萬(wàn)美金左右，低端的也要兒萬(wàn)人民幣。Tektronix公司的獨(dú)立結(jié)構(gòu)任意波形發(fā)生器AFG3000系列功能完善，人機(jī)界面友好，操作方便，可以以多種方式連接到PC機(jī)上，其最高采樣率能達(dá)到

8、2GS/s,輸出正弦信號(hào)最高頻率為240MHz,任意波頻率最高能達(dá)到50MHz,并配備的強(qiáng)大的波形編輯軟件Arbexpress,用戶口J