基于fpga函数信号发生器的设计.doc

《基于fpga函数信号发生器的设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中北大学2012届毕业设计说明书毕业设计说明书基于FPGA多功能波形发生器的设计第2页共45页中北大学2012届毕业设计说明书基于FPGA的多功能波形发生器的设计摘要数字信号发生器是数字信号处理中不可缺少的调试设备，在生产生活中的应用非常广泛。本文所设计的内容就是基于FPGA实现数字信号发生器的设计，FPGA具有密度高，功耗低，体积小，可靠性高等特点，设计时可以不必过多考虑具体硬件连接；本设计中应用VHDL硬件描述语言进行描述，使该数字信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波、三个独立的波形，并能对所产生的三种波形的频率和幅度

2、进行调节。关键词：直接数字频率合成；数字波形发生器；FPGA；DDS；VHDL第2页共45页中北大学2012届毕业设计说明书第2页共45页中北大学2012届毕业设计说明书目录1.绪论11.1背景与意义11.2国内外发展现状12.设计简介12.1DDS技术12.2FPGA简介22.3VHDL简介42.4QuartusⅡ简介63.系统硬件电路设计83.1数字信号发生器的系统组成83.2设计原理及要求83.3输入部分93.3.1频率、幅值和波形转换部分93.3.2系统时钟电路113.3.3电源电路的设计113.4FPGA部分123

3、.5D/A转换部分133.5.1DAC0832转换器简介143.6滤波电路154.系统软件设计164.1软件系统流程图164.2主要函数语句分析164.3数字信号发生器的软件设计184.4软件各模块194.4.1波形发生器194.4.2主控制模块204.4.3波形数据产生模块20第II页共II页中北大学2012届毕业设计说明书4.4.4波形产生模块235.设计总结25附录26参考文献356.致谢辞36第II页共II页中北大学2012届毕业设计说明书1绪论1.1背景与意义在电子技术领域，常常需要波形、频率、幅度都可调的电信号，

4、用于产生这种电信号的电子仪器称作信号发生器。信号发生器是一种常用的信号源，广泛运用于科学研究、生产实践和教学试验等领域。特别是在通信系统的科研实验中，常常需要用到不同频率和幅度的信号，如正弦波、三角波、方波和锯齿波等。作为一种为电子测量和计量提供电信号的设备，它和万用表、示波器、频率计等仪器一样，是最普通、最基本，也是运用最广泛的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都需要用到信号发生器。传统的波形发生器多采用模拟分立元件实现，产生的波形种类要受到电路硬件的限制，体积大、灵活性和稳定性也相对较差。近年来，以数字技术为基础的数字信

5、号发生器得到了飞速的发展，性能指标都达到了一个新的水平。现场可编程门阵列器件具有容量大、运算速度快、现场可编程等优点，使得许多复杂的电路有了新的实现途径，越来越被广泛地应用到实际系统中。而且随着当今电子系统的越来越复杂，毫无疑问，数字信号发生器正在成为模拟复杂信号的事实标准。凡是能产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表进行测量的参数。信号源有很多种分

6、类方法，其中一种方法可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其中函数信号发生器输出标准波形，如正弦波、方波等，任意波/函数发生器输出用户自定义的任意波形；逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器，其中脉冲信号发生器驱动较小个数的方波或脉冲波输出，码型发生器生成许多通道的数字码型。1.2国内外发展现状采用可变时钟和计数器寻址波形存储器的任意波形发生器[4]第36页共36页中北大学2012届毕业设计说明书在一段时期内

7、曾得到广泛的应用，其取样时钟频率较高且可调节，然而这种波形发生器对硬件要求比较高，需要高性能的锁相环和截止频率可调的低通滤波器，且频率分辨率低，频率切换速度较慢，已经逐步退出市场。目前市场上的数字信号发生器主要采用直接数字合成（DirectDigitalsynthesizer，DDS）技术，这种波形发生器不仅可以产生可变频的载频信号、各种调制信号，同时还能和计算机配合产生用户自定义的有限带宽的任意信号，可以为多领域的测试提供宽带宽、高分辨率的测试信号。从目前发展状况来看，国外数字信号发生器的研制和生产技术已经较为成熟。以安捷

8、伦（Agilent）和泰克（Tektronix）为代表的国际电子测量仪器公司在此领域进行了卓有成效的研究和开发，其产品无论在技术上还是市场占有率方面在国际上都享有盛誉，但其价格也相当昂贵，高端型号每台价格都在几万美金左右，低端的也要几万人民币。Tektronix公司的独立结构任意波形发生器