基于FPGA的信号发生器的设计_课程设计.doc

基于FPGA的函数发生器设计 PAGE \* MERGEFORMAT 17 郑州轻工业学院 电子技术课程设计 题目 基于FPGA的信号发生器设计 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容： 要求学生使用硬件描述语言设计信号发生器的FPGA源程序，实现如下功能：设计智能信号发生器，要求实现正弦波、方波、三角波、递增、递减斜波和阶梯波六种波形。 基本要求： 掌握FPGA 的程序设计方法。 2、掌握硬件描述语言语法。 3、程序设计完成后要求在软件中实现功能仿真。 主要参考资料： 1、姜雪松,吴钰淳.VHDL设计实例与仿真.机械工业出版社, 2007. 2、黄志伟.FPGA系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2005. 完 成 期 限： 2013.6.21—2013.6.25 指导教师签名： 课程负责人签名： 2013年 6 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 h I 1 题目分析 h 1 2 方案选择 h 2 2.1 波形函数发生方案对比选择 h 2 2.2 波形函数输出控制方式选择 h 2 3 系统细化框图 h 4 4 各模块程序设计及仿真 h 5 4.1 递增斜波模块 h 5 4.2 递减斜波模块 h 6 4.3 三角波模块 h 7 4.4 阶梯波模块 h 8 4.5 正弦波模块 h 10 4.6 方波模块 h 11 4.7 输出波形选择模块 h 12 5 系统联调测试分析 h 14 6 设计总结 h 16 参考文献 h 17 附 录 h 18 基于FPGA的函数发生器设计 摘 要 随着基于CPLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制及计算机等领域的重要性日益突出。作为一个学电子信息专业的学生，我们必须不断地去了解更多的新产品信息，这就更加要求我们对EDA有个全面的认识。信号发生器在我们的日常中有很重要的应用，用VHDL语言去实现设计将会使我们对本学科知识可以更好地掌握。函数发生器是一种多波形的信号源，它可以产生方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。本设计是一个基于VHDL的采用自顶向下设计方法实现的信号发生器，该设计方法具有外围电路简单，程序修改灵活和调试容易等特点，并通过计算机仿真和实验证明了设计的正确性。 关键字 FPGA VHDL 函数发生器 1 题目分析 要求设计一个函数发生器，该函数发生器能够产生递增斜波、递减斜波、方波、三角波、正弦波、及阶梯波，并且可以通过选择开关选择相应的波形输出；系统具有复位的功能；通过按键确定输出的波形及确定是否输出波形。FPGA是整个系统的核心，构成系统控制器，波形数据生成器，加法器，运算/译码等功能。 通过以上分析设计要求完成的功能，确定函数发生器可由递增斜波产生模块、递减斜波产生模块、三角波产生模块、阶梯波产生模块、正弦波产生模块、方波产生模块和输出波形选择模块组成，以及按键复位控制和时钟输入。由此可确定为： 图1-1 系统的总体原理框波形发生模块 图1-1 系统的总体原理框 波形发生模块 时钟 clk 复位 reset 波形输出选择模块 2 方案选择 2.1 波形函数发生方案对比选择 波形函数发生是本设计的最重要的部分，实现函数发生的途径也有很多，因此必须选择一种易于实现且精度高的方案，以此来提高本设计的实用性。 方案一：通过单片机控制D/A，输出三种波形。此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节，而且达不到题目要求的六种波形。 方案二：使用传统的锁相频率合成方法。通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。 方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。MAX038是精密高频波形产生电路，能够产生准确的三角波、方波和正弦波三种周期性波形，但无法实现阶梯波和递增递减斜波的产生。 方案四：利用在系统编程技术和FPGA芯片产生。用VHDL语言编写程序，调试成功后下载至实验装置的芯片上，再利用外接D/A转换电路实现以上设计功能。此种方案完全可以生成设计要求的6种波形，而且通过软件仿真可以直观的观测的输出的波形参数，方便调试和更改波形参数，外围电路简单，减少器件损耗，精度高。 基于方案四的外围电路简单容易实现、波形产生精度高、易