基于fpga的函数信号发生器设计毕业设计论文Word文件下载.doc

基于fpga的函数信号发生器设计毕业设计论文Word文件下载.doc

《基于fpga的函数信号发生器设计毕业设计论文Word文件下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于fpga的函数信号发生器设计毕业设计论文Word文件下载.doc（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

现场可编程门阵列；

VerilogHDL

Abstract

FunctionGeneratorisanindispensabletoolinaprocessofvarioustestsandexperiments.Itiswidelyusedincommunication,measurement,radar,control,teachingandotherfields.WiththedevelopmentofChina'

seconomicandtechnological,thecorrespondingtestequipmentandtestmethodsarealsoputforwardhigherrequirements,andthesignalgeneratorhasbecomeavitaltestinstrument.

Thearticleexaminestheseveralimplementationsofthefunctiongenerator.Andithasachievedthefunctiongeneratorwhichiscompletedbydirectdigitalfrequencysynthesis（DDS）technology.Throughunderstandingthedirectdigitalfrequencysynthesis（DDS）technology,thispaperchosetotheAlteraCorporations’FPGAchipsasthecoreofdesign.Thefunctiongeneratorwhichcanproducesine,squarewave,sawtoothwavewasdesigned.ItalsousedhardwaredescriptionlanguageVerilogHDLasdevelopmentlanguage.Thepaperdescribedthedesignofthemainmodule,suchasdirectdigitalsynthesizer（DDS）,waveformgenerationandmodulationmodule.Andthecorrespondingsimulationresultswerealsopresented.

Atlast,thesimulationresultsofthewholesystemwerepresented,thatis,sine,square,sawtoothwaveformhasbeencarriedout.ExperimentsshowthatthefunctiongeneratorbasedonFPGAanddirectdigitalfrequencysynthesis（DDS）technologyhasovercamethelimitationsoftraditionalmethodsandachievedasignalgeneratorwhichcangeneratemultiplewaveformsandhasfacilitateFM,AMfunction.

KeywordsFunctionGenenratorDirectDigitalFreguencySynthesizer

FPGAVerilogHDL

目录

1绪论 1

1.1背景及意义 1

1.2波形发生器研究现状 1

1.2.1波形发生器的发展状况 1

1.2.2国外波形发生器产品介绍 2

1.3本设计的主要工作 2

2系统基本原理 4

2.1函数信号发生器的几种实现方式 4

2.1.1程序控制输出方式 4

2.1.2DMA输出方式 4

2.1.3可变时钟计数器寻址方式 4

2.1.4直接数字频率合成方式 4

2.2频率合成器简介 5

2.2.1频率合成技术概述 5

2.2.2频率合成器主要指标 6

2.3DDS原理 6

2.3.1相位累加器 7

2.3.2波形ROM 8

2.3.3DDS频率合成器优缺点 8

2.4现场可编程门阵列（FPGA） 9

2.4.1FPGA简介 9

2.4.2FPGA特点 9

2.4.3FPGA工作状态 10

2.4.4FPGA的编程技术 10

2.4.5FPGA器件配置方式 11

2.4.6使用FPGA器件进行开发的优点 11

2.5VerilogHDL语言简介 11

3系统软件设计 13

3.1编程软件的介绍 13

3.1.1QuartusII简介 13

3.1.2QuartusII设计流程 13

3.2QuartusII系统工程设计 14

3.2.1创建工程 14

3.2.2新建Verilog源文件 15

3.2.3工程编译 15

3.2.4生成模块电路 15

3.2.5新建BlockDiagram/SchematicFile并添加模块电路 16

3.2.6设计VectorWaveformFile 16

3.3函数信号发生器的系统设计 17

3.3.1系统总体设计 18

3.3.2FPGA系统设计流程 18

3.3.3FPGA系统模块设计 19

4系统模块设计及仿真 21

4.1频率寄存器模块设计 21

4.2DDS模块设计 22

4.2.132位加法器 22

4.2.2相位寄存器 23

4.3波形产生模块设计 24

4.3.1正弦波形ROM 24

4.3.2方波模块 26

4.3.3锯齿波模块 27

4.4调幅模块设计 28

5系统调试 30

5.1调试 30

5.2仿真结果 30

结论 32

致谢 33

参考文献 34

附录 35

附录1系统整体设计图 35

附录2各模块源程序 35

1绪论

1.1背景及意义

不论是在生产、科研还是教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。

而且，信号发生器的设计方法多，设计技术也越来越先进。

随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。

传统的信号发生器大多采用专用芯片或单片机或模拟电路，成本高或控制方式不灵活或波形种类较少等不能满足要求。

本课题的目的是研究函数信号发生器的设计方法，克服传统方法的缺点，用更好的方法设计出比较复杂的调频、调幅功能的函数信号发生器。

1.2波形发生器研究现状

1.2.1波形发生器的发展状况

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、振动激励、通讯和仪器仪表领域。

在70年代前，信号发生器主要有两类：

正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。

这种情况，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；

二是脉冲的占空比不可调节。

在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。

这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器，但是HP公司推出了型号为HP77OS的信号模拟装置系统，它由HP877OA任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。

HP877OA实际上也只能产生8种波形，而且价格昂贵。

不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。

到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展。

2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达20M。

2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。

由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快。

.近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：

1.过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。

波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。

波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。

同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f（t）形式的波形方程的数学表达式产生。

从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。

目前可以利用可视化编程语言（如VisualBasic，VisualC等等）编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。

2.与VXI资源结合。

目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的VXI模块。

由于VXI总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用VXI系统测量产生复杂的波形，VXI的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI模块的周期长，而且需要专门的VXI机箱的配套使用，使得波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。

在民用方面，VXI模块远远不如台式仪器更为方便