基于fpga控制的频率特性测试仪设计1

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1、北方工业大学本科毕业设计（论文）开题报告书题目：基于FPGA控制的频率特性测试仪设计指导教师：武梦龙专业班级：电08A—1学号：08101040104姓名：齐林日期：2012年2月28日一、选题的目的、意义课题背景：目的：电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。在电子技术蓬勃发展的今天，各种个样的电子产品出现在人们面前，它们品类繁多，功能各异，并在生活的各个领域为人们服务。在这些令人眼花缭乱的电子产品背后，越来越复杂的电路系

2、统给电路设计工程师们带来了很大的难题。由于电路的复杂性，一个电路工程师要想完全了解电路的内部结构往往要花费很多时间，而且在大多数情况下工程师们并不关心电路的具体结构，他们只关心电路的功能，换句话说就是给电路一个输入信号，要能确定他的输出（响应）是什么。在这种情况下，工程师们希望有一种专门的设备来测试电路在任意信号输入时的响应，于是，频率特性测量仪就产生了。意义：在50Hz～25kHz频率范围内对被测网络进行频率特性测量，并把测得的数据显示在数码管上。电压放大倍数测量的误差不大于±5%，相移测量误差不大于1°

3、。充分利用FPGA对数据的高速处理能力，使得系统设计高效、可靠。该系统具有实现简单、成本低廉、扫频范围利用率高等优点，该系统具有较强的实用价值和发展前景。二、本体的基本内容1、设计方案工作原理数字频率特性测量仪是用来测量二端口线性时不变网络频率特性的仪器。频率特性是一个网络对一系列正弦输入信号的响应特性。被测网络输入幅度为A，角频率为ω的正弦信号．对于线性时不变网络，其稳态输出也是正弦信号，幅度为B，角频率为ω，相角差为ф。改变ω的大小，可以得到一系列的输入和输出数据，其中，幅频特性A(ω)和相频特性ф(ω

4、)统称为频率特性。频率特性测量仪中的扫频信号源为被测网络提供激励，根据测量要求，需产生一系列频率精度高、转换速度快、步进小、相位可控、频率转换时相位保持连续的正弦波。2、总体系统设计系统功能结构图如下：信号发生器模块幅度相位测量模块显示电路控制及数据处理模块本次设计主要包括七个模块，它们分别为FPGA模块、键盘输入模块、D/A转换模块、A/D转换模块、相位测量整形电路模块、按钮和指示灯模块、显示电路模块，下面将简要介绍一下各个模块的组成和在整个系统中所起的作用。FPGA模块指的是本次设计选择的可编程期器件，

5、它是Altera公司生产的EP1K100QC208-3，编程语言为VHDL，运行环境为MAX+plusⅡ。FPGA模块作为整个系统的中央处理器模块，它将完成所有算法，并协调各个模块正常工作，实现频率特性测量仪的功能。键盘输入模块是以一个4*4键盘为核心的外围电路，我们可以通过键盘在不同情况下输入相关数值，控制DA转换器输出不同频率的正弦波。D/A转换模块是以八位数模转换芯片DAC0800为核心的数模转换电路，它和FPGA共同组成一个DDS数字信号发生器，可以发出不同频率的正弦波，为被测网络提供输入信号。A/

6、D转换模块主要由一个八位快速模数转换芯片TLC0820和一个幅值检测电路组成，实现对被测网络输出的正弦波幅值的测量。相位测量整形电路的作用是把输入和输出被测网络的两路正弦波进行整形，以方波的形式输出到FPGA中，FPGA会根据这两路方波的相位关系计算出与之对应的两路正弦波的相位关系。按钮的功能主要是选择模式和选择要输入的数据，指示灯的作用是在操作时指示用户当前的操作状态。显示电路由四个四位数码管和两个三八译码器（74LS138）组成，其中，一个数码管显示键盘输入的数值，一个数码管显示信号发生器的输出频率，另

7、外两个分别显示被测网络的放大倍数和相移。不同湿度均衡控制系统按功能划分主要分为三个部分及时间显示系统、湿度控制系统和工作模式系统。3、软件设计软件部分主要由五部分组成，他们分别是输入部分（shuru模块）、控制部分一（ckongzhi模块）、控制部分二（ckongzhiyi模块）、信号发生器部分（fsq模块）、测量部分（celiang模块）。这五部分的数据相互交流，相互控制。根据FPGA与VerilogHDL的特性，建图如下：根据FPGA的硬件特点使用VerilogHDL语言的IP核建立各个功能模块，并编辑

8、相关的驱动程序。仿真软件选用QuartusⅡ或者Modelsim。4、设计的重点与难点1）对FPGA和VerilogHDL语言的掌握，如果熟练掌握它们，做本次任务将会有很多便利，并且在设计上也会少走很多弯路。2）把握设计主题，并设计出与预期目标对应的系统框架，这可以算作本次设计任务的重点之一，它是本次设计的依托，很多功能都是以此为平台来实现的。可以说它的好坏关系到本次设计的成败。3）系统硬件仿真。一个作品的好与坏