基于fpga的函数发生器设计毕业设计

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1、基于FPGA的函数发生器设计毕业设计目录第一章绪论11.1课题研究现状与意义11.2课题主要内容及目标2第二章系统相关技术介绍32.1EDA技术32.2FPGA技术32.2.1FPGA的发展32.2.2FPGA设计原理42.3硬件描述语言相关介绍62.3.1硬件描述语言HDL62.3.2VHDL语言72.4开发工具介绍8第三章系统方案设计103.1系统整体方案103.2软件设计10第四章波形模块的设计和仿真124.1递增斜波信号产生模块124.2递减斜波信号产生模块124.3三角波信号产生模块134.4梯形波信号产生模块144.5方波信号产生模块144.6正弦波

2、信号产生模块154.7函数选择器模块164.8函数发生器的顶层设计17第五章结束语19295.1总结195.2心得体会19参考文献20附录:VHDL源程序清单2129第一章绪论1.1课题研究现状与意义函数发生器也成为信号发生器，作为电子系统的重要组成部分，广泛应用于电子电路、工业控制、教学科研等领域，它为电子测量和计量工作提供符合技术要求的电信号，在电子设计领域中起着极其重要的作用[1]。和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。函数发生器在工业生产、产品开发、科学研究等实验测试中起着

3、十分重要的作用，除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于生物医学等各个领域的测试[4]。随着电子技术的不断发展，现代的电子测量、通信系统越来越需要有高稳定度、高纯度的信号源。但是传统的信号发生器大多采用专用芯片或单片机或模拟电路，存在成本高或控制方式不灵活或波形种类少等问题，其性能己经难以满足现在的要求[2]。现在不仅要求能产生标准的波形，而且要求函数发生器的输出波形质量好，频率稳定。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。这种信号发生器虽然具有输出信号频率范围宽，结构简单等优点，但输出波形单一，且频率稳定

4、度和准确度较差不能达到我们的要求。因此传统的信号发生器正逐步退出历史舞台。由此可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场需求，研究制作高性能的智能函数发生器意义重大。智能函数发生器即通常所说的信号发生器是一种常用的信号源，是指自动产生递增谐波、递减谐波、方波、三角波、正弦波等函数信号波形的电路和仪器。在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格

5、贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节[16]。随着数字集成电路和微电子技术的发展，现代的函数发生器尽可能多的采用直接数字频率合成(DDS)的方法产生所需要的波形。直接数字频率合成是由J.Tierney和C.M.Rader于1971年提出的技术，其主要优点是它的输出频率、相位和幅度能够在数字处理器的控制下精确而快速地变换，并且相位变化连续，易于集成和调整[16]。基于DDS的函数发生器现在不仅可以执行函数发生器的功

6、能，还可以执行任意函数发生器的功能，这将给传统测试方案带来一次革命[14]。由于FPGA实现DDS29技术在一些方面存在着DDS芯片不能取代的优势，并且可以实现多个DDS芯片的功能，除了能满足用户对特殊功能的要求外，还可以在器件选择上有更大的选择余地。在90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP77OS的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。HP877OA实际上也只能产生8种波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Leero

7、y公司生产的型号为9100的任意波形发生器等[2]。到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达到20MHZ，并且能够通过USB、LAN和GPIB进行配置，波形形成的操作性很好。2005年的产品N6O3OA能够产生高达50OMHz的频率。目前我国研制的函数信号发生器取得了一定的成果，但总的来说，我国高精度的标准信号源产品较少并且产品落后，可靠性较差，并且研究起步较晚，与国外发达国家比较水平差距比较大，我国函数信号发生器还没有形成真正的产

8、业，所以现在研究基于直接