基于FPGA和单片机技术的多波形信号发生器设计.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2016年第8期(总第202期)基于FPGA和单片机技术的多波形信号发生器设计郭文会(兰州理工大学技术工程学院甘肃兰州，730050)摘要：基于直接数字频率合成(DDS)技术和单片机技术设计了一种高稳定性、高分辨率、振幅与相位可连续变化的多波形信号发生器。采用FPGA芯片EPlc3T144c8实现了直接数字频率合成。采用STC89LE52Rc单片机作为控制核心。D／A转换电路采用DA9762作为数模转换器。系统输出频率在100Hz～20kHz之间变化可调。输出信号的类型、振幅、相位与频率可以通过单片机设定。关键词：信号发生器；直接数字频率合成；现场可编程门阵列；单片机

2、中图分类号：TN912．2文献标识码：BDOI编码：10．14016／j．cnki．100l一9227．2016．08．019Abstract：Amulti—wavef0Hns远nalgeneratorwithhighstability，highresolution，continuouschaIlgeableamplitudeanphaseonthebasisofFPGAandmicrocomputeronasinglechipinthisp印er．Thedirectdi百talfkquencys)mthesis(DDs)wascompetedbyusingFPGAchipEPlC3T1

3、44C8．Amicrocomputeronasinglechipwasusedasacontr01coreofthissystem．D／Aconversionwasacco瑚plishedusingDA9762digit—a11alogconVenerchip．Thefrequencyofoutputsignalisadjustableintherangeof00Hz～20kHz．netype，amplitude，phaseandfkquencycanbesetbyusingmicrocomputeronasindechip．Key、阳rds：signalgenerator；direct

4、digitalfbquencysynt圭1esis(DDS)；FPGA；micmcomputeronasindechip0引言现代通信与电子系统的发展，对波形发生器在性能方面提出了更高的要求。使得波形发生器朝着集成化、程控化、数字化、小型化、频率高速化的方向发展，这使得它有更广阔的发展前景。随着电子信息技术蓬勃发展，直接数字频率合成器(DDS)技术日益成熟，采用全数字化结构设计，具有频率分辨率高、相对带宽宽、频率转换速度快、相位噪声低、信号纯度高等优点。基于DDS信号发生器，输出可以产生方波、三角波、锯齿波、正弦波和脉冲波等多种波形，有简单的电路、低成本、频率和振幅控制方便和稳定性好等特

5、点¨。·。本文结合DDs技术、单片机控制技术实现的可扩展信号发生器，可生产各种常规波形，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。1总体设计结构基于DDs技术的信号发生器主要由单片机控制电路、FPGA及其外围电路、模拟输出和电源电路构成卜9

6、。其中FPGA与单片机接口电路是整个系统的核心部分，所有生成的波形都与它有关。控制部分完成输出波形的频率、相位、波形的控制类型。系统结构如图1所示。『cDmn#mj∑一：：一!：二l二⋯。■一，_了。一；一um■：系统结构原理图2功能模块设计2．1MCU及其外围电路设计微控制器(MCu)是整个系统的控制核心，它控制和协调其他模块的工作。sTc89LE52Rc

7、微控制器工作可靠、成本低、功耗小，内置8K字节Flash程序内存和512字节的RAM数据存储器，36个可用的L／0接口，操作频率80MHz。微控收稿日期：2016—02—27制器最小系统和各个模块接口如图2所示。图2微控制器最小系统和接口2．2MCU控制LCD电路液晶显示器(LCD)显示运行状态，也是的人机交互的界面和显示系统，控制芯片的显示屏幕决定液晶屏幕的工作方式。本文选择YBl2864一zB液晶显示屏。内置的LcD显示驱动srl7920液晶控制器和内置字符同时，非常方便和任意波形参数显示。这个液晶屏支持串口和并口操作。Mcu控制LCD图3MCU控制LCD电路2．3FPGA与DAC的

8、接口电路从波形ROM或者RAM中读出的波形数据是一个数字信号，从而得到最终的输出信号必须经过数字模拟转换器·19·]，引叫{_{]虬引『]一；川PL一晚渣％一一．．．括旧j_j；_l匍≠一r{}L～

9、；；一一一一身一～一；Fl—i一上⋯一基于FPGA和单片机技术的多波形信号发生器设计郭文会(DAc)。因此，在波形存储器之后需要一个D／A转换电路。由于选择的FPGA的RAM／ROM的字长是12位，所以也选择12位D／A转换器，同时考虑