基于锁相环的信号发生器设计终

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1、兰州商学院信息工程学院本科生课程设计报告课程名称：电子综合设计设计题目：基于锁相环的信号发生器设计系别：计算机与电子工程系专业（方向）：电子信息工程年级班：2011级1班学生姓名：程明学号：201107030103指导教师：彭会萍2014年10月16日兰州商学院基于锁相环的信号发生器设计一、【设计目的】掌握锁相环电路以及信号发生器的设计思路、实现方法及指标测试。本设计采用通过锁相环与FPGA来设计频率及幅度都可调的信号发生器。二、【指标要求】（1）以自顶向下的设计方法，设计一款基于硬件描述语言VHDL的

2、函数信号发生器。（2）该信号发生器可以产生正弦波三角波锯齿波和方波，且四种信号之间可以随意切换，输出波形的频率和幅度都可以调节。（3）做出相应的仿真结果和测试结果三、【设计的原理】1、系统框图外部时钟方哎克挥I数择a形选器波据示波器QDA转换Q图1系统框图系统方案设计在硬件设计中所遵循的原则是:在电路功能实现的前提下，应尽量使电路简化和模块化。因为硬件复杂了，不但增加体积和成本，而且也使系统的可靠性和性价比下降。本设计遵循这一原则，在功能实现的前提下，尽量简化硬件电路设计，并将设计比较清晰地分成多个模块

3、。本文设计的任意波形发半器硬件总体结构如图1所示。整个结构框图主要包括七个部分，当外部时钟加到锁相环时，锁相环开始工作，锁相环输出稳定的时钟信号，作为分频器的输入，然后分频器开始按照预置的数值分频，输出一个频率确定的时钟信号，这个信号分别作为计数器，存储数据的ROM和D/A模块的时钟信号，来确保他们同步工作，接到这个时钟后，计数器开始计数，并把数值输出作为ROM的输入，与时钟信号同步读取ROM中的数据，读取的数据输出之后作为波形选择器的输入，波形选择器通过外部控制键来控制输出哪种波形，确定波形后，输入到

4、D/A模块，进行数模转换，然后接到示波器进行波形显示。2、各模块工作原理的分析与介绍(1)锁相环锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差,并输出误差电压UdoUd中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器(VCO)的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输岀振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi,当二者相等时，环路被锁定，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。锁相环在本设

5、计中有稳频的做用，主要是给分频器与相位计数器提供一个稳定的时钟信号，由于在选择参数时设置的分频比为1:1,它的分频功能在本设计中没有用到。在QuartusII中有自带的锁相环模块，可以直接调用，不需要再自己编写程序，在元器件库中选择PLL模块，然后设置参数，把输入的最高频率设置成25MHZ,分频比为1：1,占空比50%,参数设置成功后点结束，所需要的锁相环模块就生成了。其中c0的输出的最高频率是25MHZ,并且C0频率与输入的CLK频率是一样的。(2)数字分频器分频器本质上是由电容器和电感线圈构成的LC

6、滤波网络，高音通道是高通滤波器，它只让高频信号通过而阻此低频信号；低音通道正好想反，它只让低音通过而阻此高频信号；中音通道则是一个带通滤波器，除了一低一高两个分频点之间的频率可以通过，高频成份和低频成份都将被阻止。在实际的分频器中，有时为了平衡高、低音单元之间的灵敏度差异，还要加入衰减电阻；另外，有些分频器中还加入了由电阻、电容构成的阻抗补偿网络，其目的是使音箱的阻抗曲线心理平坦一些，以便于功放驱动。由于现在的音箱几乎都采用多单元分频段重放的设计方式，所以必须有一种装置，能够将功放送来的全频带音乐信号按

7、需要划分为高音、低音输出或者高音、中音、低音输出，才能跟相应的喇叭单元连接，分频器就是这样的装置。如果把全频带信号不加分配地直接送入高、中、低音单元中去，在单元频响范围之外的那部分“多余信号”会对正常频带内的信号还原产生不利影响，甚至可能使高音、中音单元损坏。设计要求能够改变输出波形的频率，其中一个比较简单的方法就是控制读取ROM中数据的速率，即控制ROM的输入时钟的频率，所以要把锁相环输出的稳定频率来进行分频，分频值是可以改变的，在此设计中采用的是20-255的整数分频。本模块采用VHDL语言设计，分

8、频器有两个输入，一个输出。其功能实现的主要过程是：BUTT与CLK分别控制两个加法器，BUTT是一个外部控制键，而CLK是锁相环输出的稳定时钟，通过控制BUTT来控制第一个加法器工作，对第一个加法器预制一个数作为第二个加法器的参量，如果第二个计数器的值小于第一个加法器的值，分频器没有输出，只有当第二个计数器的值等于第一个加法器，计数器输出一个高电平，这样就能达到手动控制分频器的分频值的目的。(1)相位计数器模块计数是一种最简单基本的运算，计