基于FPGA函数信号发生器的设计

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1、毕业设计说明书基于FPGA多功能波形发生器的设计中北大学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屮不可缺少的调试设备，在生产生活中的应用非常广泛。木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具冇密度高，功耗低，体积小，可靠性高等特点,设计吋可以不必过多考虑具体硬件连接；木设计屮应用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进行调节。关键词：直接数字频率合成；数字波形发生器；FPGA；DDS

2、；VHDL中北大学2012届毕业设计说明书中北大学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42.4Quartus11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9331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123.5D/A转换部分133.5」DAC0832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16

3、4.2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20444波形产生模块232.设计总结25附录26参考文献353.致谢辞361.1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，用于产生这种屯信号的屯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屮，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

4、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，也是运用最广泛的屯子仪器之一，几乎所有屯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。而且随着当今屯子系统的越來越复杂，毫无疑问，数字信号发生器止在成为模拟复杂信号的事实标

5、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。信号源主要给被测屯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。其屮混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源乂可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其屮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

6、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⑷在一段时期内曾得到广泛的应用，其取样时钟频率较高口可调节，然而这种波形发生器对侦件要求比较高，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，已经逐步退岀市场。口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町变频的载频信号、各种调制信号，同吋还能和计算机配

7、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，低端的也要儿万人民币。Tektronix公司的独立结构任意波形发生器AFG3000系列功能完善，人机界面友好，操作方便，可以以多种方式连接到PC机上，其最高采样率能达到

8、2GS/s,输出正弦信号最高频率为240MHz,任意波频率最高能达到50MHz,并配备的强大的波形编辑软件Arbexpress,用户口J