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基于CPLD多波形信号发生器设计

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第一章绪论

1.1研究内容及意义

高精度的信号源对通信系统、电子对抗以及各种电子测量技术十分重要。随

着电子技术的发展，对信号源频率的准确度、稳定度,以及频谱纯度等方面要求越来

越高。传统的信号发生器由于波形精度低,频率稳定性差等缺点,已经不能满足许多

实际应用的需要。

本系统设计的函数发生器是以可编程逻辑器件CPLD为核心，采用直接频率合成技术，通过数模转换电路，构成一个精度较高，波形稳定的函数信号发生器。较传统的频率合成技术相比,直接频率合成技术(DirectDigitalSynthe

sis，简称DDS),具有频率分辨率高、频率转变速度快、输出相位连续、相位噪声低、可编程和全数字化、便于集成等突出优点,使其得到越来越广泛的应用,

成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。

在现代电子技术中,信号源在各种实验应用和实验测试处理中应用非常广泛

作，为激励源，仿真各种测试信号。本文根据信号波形的产生特点,采用基于C

PLD/FPGA的VHDL硬件描述语言,仿真实现了多波形发生器的设计。仿真结果输出较高精度、稳定的波形信号，可以满足测量或各种实际需要，方便、简易实用。

1.2国内外研究概况

传统的波形发生器多采用模拟电路或单片机或专用芯片,由于成本高或控制

方式不灵活或波形种类少不能满足实际需求。目前市场上的数字信号发生器主要

采用直接数字合成技术,这种波形发生器不仅可以产生可变频的载频信号、各种

调制信号，同时还能和计算机配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。

国内市场上的波形发生器,其电路形式有采用运放及分立元件构成；也有采用单

片集成的函数发生器,而在现代电子系统设计中,DDS技术发展迅速,由于其易于

单片集成,积小,价格低,功耗小，因此其应用也越来越广泛。并且在相对带宽、频

率转换时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方

面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平,为系统提供了优于模拟信号源

的性能。

1.3本文主要内容

本文的设计主要基于可编程逻辑器件CPLD设计多波形信号发生器,由VH

DL编程实现,并通过外围数模转换电路，完成函数信号发生器的设计，最后对整个波形发生器进行调试仿真。

第一章为对多波形信号发生器的研究内容及发展的综合概述。第二章为系统设

计平台介绍、系统设计方式及原理框图概述。第三章为硬件设计及外围电路方案

介绍。第四章为系统的软件设计及各模块的具体功能介绍。第五章介绍了系统调试

过程、解决问题及调试仿真结果。第六章是为本次设计作综合总结。

第二章系统概述

2．1系统设计平台介绍

EDA(ElectronicDesignAutomation)技术作为现代电子设计技术的核心,它依赖功能强大的计算机,在EDA工具软件平台上,对以硬件描述语言HD

L(HardwareDescriptionLanguage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真测试等项功能,直至实现既定性能的电子线路系统功能。

本系统通过可编程逻辑器件CPLD设计，其特点是直接面向用户，具有极大的

灵活性和通用性,使用方便,硬件测试和实现快捷，开发效率高，成本低,工作可靠性

好等，CPLD器件的设计可分为设计输入,设计实现和器件编程三个步骤及相应的

功能仿真,时序仿真和器件功能测试三个验证过程。

可编程逻辑器件CPLD设计流程如图2.1所示:

图2.1可编程逻辑器件设计流程图

如图2.1所示，设计输入可分为两种类型,图形输入和HDL文本输入，常用

的有原理图输入和应用硬件描述语言设计输入，在下载之前,通过软件进行综合和

仿真，这种设计方法可以节约设计周期,设计灵活性，成本低。由于其可编程特性

，可以通过软件对系统功能进行修改,易于更改和开发。

在硬件描述语言方面,本系统采用了VHDL硬件描述语言,VHDL[全名是VHSIC(VeryHigh