电路综合设计实验设计实验2实验报告

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1、设计实验2:多功能函数信号发生器一、摘要任意波形发生器是不断发展的数字信号处理技术和大规模集成电路工艺孕育出来的一种新型测量仪器，能够满足人们对各种复杂信号或特殊信号的需求，代表了信号源的发展方向。可编程门阵列（FPGA）具有高集成度、高速度、可重构等特性。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减小印制电路板的面积，提高系统的可靠性和灵活性。此次实验我们采用DE0-CV开发板，实现函数信号发生器，根据按键选择生产正弦波信号、方波信号、三角信号。频率范围为10KHz~300KHz，频率稳定度≤10-4，频率最小不进10kHz。提供DAC0832

2、，LM358。二、正文1.方案论证基于实验要求，我们选择了老师提供的数模转换芯片DAC0832，运算放大器LM358以及DE0-CV开发板来实现函数信号发生器。DAC0832是基于先进CMOS/Si-Cr技术的八位乘法数模转换器，它被设计用来与8080，8048,8085，Z80和其他的主流的微处理器进行直接交互。一个沉积硅铬R-2R电阻梯形网络将参考电流进行分流同时为这个电路提供一个非常完美的温度期望的跟踪特性（0.05%的全温度范围过温最大线性误差）。该电路使用互补金属氧化物半导体电流开关和控制逻辑来实现低功率消耗和较低的输出泄露电流误差。在一些特殊

3、的电路系统中，一般会使用晶体管晶体管逻辑电路（TTL）提高逻辑输入电压电平的兼容性。另外，双缓冲区的存在允许这些DAC数模转换器在保持一下个数字词的同时输出一个与当时的数字词对应的电压。DAC0830系列数模转换器是八位可兼容微处理器为核心的DAC数模转换器大家族的一员。LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的

4、封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。本次实验选用的FPGA是Altera公司Cyclone系列FPGA芯片。CycloneV系列器件延续了前几代Cyclone系列器件的成功，提供针对低成本应用的用户定制FPGA特性，支持常见的各种外部存储器接口和I/O协议，并且含有丰富的存储器和嵌入式乘法器，这些内嵌的存储器使我们在设计硬件电路时省去了外部存储器，节省了资源，而其硬件乘法器资源则非常适合用来实现高速DDS调制器。另外，CycloneV系列器件使用极低的1.2V内核电压，大大降低了芯片的功耗。在本文的设计中，FPGA对内主要实现DDS的功能，对外主要为

5、外围器件提供控制信号和数据总线接口。除了上述元器件以及相对应的软件的使用，我们要对经过DAC0832数模转换器输出的波形进行放大之后再进行低通滤波，以避免外界环境的干扰和系统内部元器件在工作时产生的噪声。2.理论分析与计算DDS原理：①DDS原理的背景1973年，J.Tiemey和C.M.Tader等人在《ADigitalFrequencySynthesizer》一文中首次提出了DDS的概念，但限于当时的技术条件，DDS并没有引起人们的足够重视。上世纪90年代以来，随着数字集成电路和微电子技术的发展，DDS技术的优越性才日益体现出来。②DDS的基本结构D

6、DS与大多数的数字信号处理技术一样，它的基础仍然是奈圭斯特采样定理。奈圭斯特采样定理是任何模拟信号进行数字化处理的基础，它描述的是一个带限的模拟信号经抽样变成离散值后可不可以由这些离散值恢复原始模拟信号的问题。奈圭斯特采样定理告诉我们，当抽样频率大于或者等于模拟信号最高频率的两倍时，可以由抽样得到的离散信号无失真地恢复出原始模拟信号。只不过在DDS技术中，这个过程被颠倒过来了。DDS不是对模拟信号进行抽样，而是一个假定抽样过程已经发生且抽样值已经量化完成，如何通过某种方法把已经量化的数值重建原始信号的问题。DDS电路一般由参考时钟、相位累加器、波形存储器

7、、D/A转换器（DAC）和低通滤波器（LPF）组成。其结构框图如下图所示：其中，为参考时钟频率，为频率控制字，为相位累加器位数，为波形存储器位数，为波形存储器的数据位字长和D/A转换器位数。DDS系统中的参考时钟通常由一个高稳定度的晶体振荡器来产生，用来作为整个系统各个组成部分的同步时钟。频率控制字（FrequencyControlWord，FCW）实际上是二进制编码的相位增量值，它作为相位累加器的输入累加值。相位累加器由加法器和寄存器级联构成，它将寄存器的输出反馈到加法器的输入端实现累加的功能。在每一个时钟脉冲，相位累加器把频率字累加一次，累加器的输出

8、相应增加一个步长的相位增量，由此可以看出，相位累加器的输出数据实质上是以为步长的