基于fpga的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)6波形

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1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目________________________________________學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)院（系）電氣信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師完成時(shí)間2012年06月22日基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目基于FPGA的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)專業(yè)、班級(jí)學(xué)號(hào)姓名主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：要求學(xué)生使用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的FPGA源程序，實(shí)現(xiàn)如下功能：設(shè)計(jì)智能信號(hào)發(fā)生器，要求實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波、遞增、遞減斜波和階梯波六種波形?；疽螅?、掌握FPGA的程序設(shè)計(jì)方法。2、掌握硬件描述語(yǔ)言語(yǔ)法。3、程

2、序設(shè)計(jì)完成后要求在軟件中實(shí)現(xiàn)功能仿真。主要參考資料：1、姜雪松,吳鈺淳.VHDL設(shè)計(jì)實(shí)例與仿真.機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2、黃志偉.FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.完成期限：2013.6.21—2013.6.25指導(dǎo)教師簽名：課程負(fù)責(zé)人簽名：2013年6月18日26基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)目錄摘要I1題目分析12方案選擇22.1波形函數(shù)發(fā)生方案對(duì)比選擇22.2波形函數(shù)輸出控制方式選擇23系統(tǒng)細(xì)化框圖44各模塊程序設(shè)計(jì)及仿真54.1遞增斜波模塊54.2遞減斜波模塊64.3三角波模塊74.4階梯波模塊84.5正弦波模塊104.6方波模塊

3、114.7輸出波形選擇模塊125系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試分析146設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄1826基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)摘要隨著基于CPLD的EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的重要性日益突出。作為一個(gè)學(xué)電子信息專業(yè)的學(xué)生，我們必須不斷地去了解更多的新產(chǎn)品信息，這就更加要求我們對(duì)EDA有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。信號(hào)發(fā)生器在我們的日常中有很重要的應(yīng)用，用VHDL語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)將會(huì)使我們對(duì)本學(xué)科知識(shí)可以更好地掌握。函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號(hào)源，它可以產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波，甚至任意波形。本設(shè)計(jì)是一

4、個(gè)基于VHDL的采用自頂向下設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的信號(hào)發(fā)生器，該設(shè)計(jì)方法具有外圍電路簡(jiǎn)單，程序修改靈活和調(diào)試容易等特點(diǎn)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的正確性。關(guān)鍵字FPGAVHDL函數(shù)發(fā)生器26基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)1題目分析要求設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，該函數(shù)發(fā)生器能夠產(chǎn)生遞增斜波、遞減斜波、方波、三角波、正弦波、及階梯波，并且可以通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)選擇相應(yīng)的波形輸出；系統(tǒng)具有復(fù)位的功能；通過(guò)按鍵確定輸出的波形及確定是否輸出波形。FPGA是整個(gè)系統(tǒng)的核心，構(gòu)成系統(tǒng)控制器，波形數(shù)據(jù)生成器，加法器，運(yùn)算/譯碼等功能。通過(guò)以上分析設(shè)計(jì)要求完成的功能，確定函數(shù)發(fā)生器可由遞增斜波產(chǎn)生模

5、塊、遞減斜波產(chǎn)生模塊、三角波產(chǎn)生模塊、階梯波產(chǎn)生模塊、正弦波產(chǎn)生模塊、方波產(chǎn)生模塊和輸出波形選擇模塊組成，以及按鍵復(fù)位控制和時(shí)鐘輸入。由此可確定為：圖1-1系統(tǒng)的總體原理框波形發(fā)生模塊時(shí)鐘clk復(fù)位reset波形輸出選擇模塊26基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)2方案選擇2.1波形函數(shù)發(fā)生方案對(duì)比選擇波形函數(shù)發(fā)生是本設(shè)計(jì)的最重要的部分，實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生的途徑也有很多，因此必須選擇一種易于實(shí)現(xiàn)且精度高的方案，以此來(lái)提高本設(shè)計(jì)的實(shí)用性。方案一：通過(guò)單片機(jī)控制D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)，而且達(dá)不到題目要求的六種波形。方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻

6、率合成方法。通過(guò)芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)階梯波和遞增遞減斜波的產(chǎn)生。方案四：利用在系統(tǒng)編程技術(shù)和FPGA芯片產(chǎn)生。用VHDL語(yǔ)言編寫程序，調(diào)試成功后下載至實(shí)驗(yàn)裝置的芯片上，再利用外接D/A轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)功能。此種方案完全可以生成設(shè)計(jì)要求的6種波形，而且通過(guò)軟件仿真可以直觀的觀測(cè)的輸出的

7、波形參數(shù)，方便調(diào)試和更改波形參數(shù)，外圍電路簡(jiǎn)單，減少器件損耗，精度高。基于方案四的外圍電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)、波形產(chǎn)生精度高、易于仿真觀測(cè)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器選擇方案四完成波形發(fā)生的全部功能。2.2波形函數(shù)輸出控制方式選擇方案一：控制多路D/A開(kāi)關(guān)輸出方式此種方案為每一路輸出的波形函數(shù)使用一路D/A轉(zhuǎn)換后輸出，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)控制每一路D/A是否工作，決定輸出的波形。此種方案可以同時(shí)輸出多路波形，但是需要路D/A轉(zhuǎn)化器，外圍電路復(fù)雜，制作成本較高而且控制復(fù)雜。方案二：采用數(shù)據(jù)選擇器方式此種方案可以利用VHDL語(yǔ)言寫出數(shù)據(jù)選擇器，然后每種函數(shù)發(fā)生器