基于FPGA的函数信号发生器开题报告

1、 湖南人文科技学院 专科生毕业设计开题报告书题目名称： 函数信号发生器 学生姓名： 贺海 学号 06306114 系 部： 通信与控制工程系 专业年级：2006级电子信息工程技术专科班 指导教师： 田 汉 平 职 称： 副教授 填写时间： 2009年12月28日 湖南人文科技学院教务处制二、毕业设计开题报告书一、选题的根据：1）本选题的理论、实际意义函数信号发生器是信号源 一种，主要给被测电路提供需要的已知信号，然后用其他仪表测量感兴趣的参数。它不是测量仪器，而是根据使用者的要求作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。目前我国在研制信号发生器等方面有可喜的成果。

2、但总的来说。我国信号发生器还没有形成真正的产业。中国函数信号发生器产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。就目前国内的成熟产品来看，核心部分多为专用芯片，存在着成本高、控制不灵活等缺点，并且我国目前信号发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此，开发出高性价比的函数信号发生器，保持与国外同类产品在性价比上饿有时，打破国外技术垄断和封锁，对发展我国电子产业有非常重

3、大的意义，具有广泛的应用前景，加紧对这类产品的研制显得非常紧迫。、 2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解信号发生器是能够产生大量标准信号和用户定义信号，并保证它的高精度和高稳定性，可重复行和易操作性的电子仪器。函数信号发生器应该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以对频率、幅植、波形、相移进行动态的及时控制。在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数信号发生器介于两者之间，能够提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，产生其他的波形还得采用复杂的电路和机电结合的方法，这个时期的信号发生器存在两个突出的问题，一是通过电位器等的调节来实现输出频

4、率的调节；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、D/A转换器和A/D转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形，这个时期的信号发生器多以软件为主，实质上是采用微处理器对数/模转换器的程序控制，就可以得到各种简单的波形。在80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。自从80年代以来各国都在研制DDS产品，并应用于信号发生器的设计。后来出现的专用DDS芯片极大的推动了DDS技术的发展，但专用DDS芯片价格昂贵，而且无法实现我们所需要哦的各种波形输出。90年代末出现

5、了几种真正高性能、高接个的函数信号发生器，HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1770A波形发生软件组成。但是由于HP770S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Aata-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。信号发生器技术发展至今,引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司,如日本横河、Agilent、Tektronix等。美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一,它和频率计数器组合在一起,在任何条件

6、下都可以给出很高的波形质量,能给出低失真的正弦波和三角波,还能给出过冲很小的快沿方波,其最高频率可以达到5MHz,最大输出幅度也达到10Vpp。国内也有不少公司已经有类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器,华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数/任意波形信号发生器。二、研究内容：本设计的内容是设计一个多功能函数信号发生器，该函数信号发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形，并画出硬件电路原理图及PCB板图。步骤如下：查阅相关资料，熟悉FPGA的原理、结构和使用，掌握并灵活运用VHDL语言、Quartus6.0、MATLAB7.0/DSP Bu

7、ilder6.0等软件。对直接数字频率合成（DDS）技术进行研究和分析，以DDS为基础，使用MATLAB7.0/DSP Builder6.0来完成个模块的设计和仿真。包括以下几部分：调幅信号发生器的模块设计；正弦波、方波以及三角波信号发生模块的设计；锯齿波发生器模块的设计；调频信号发生器模块的设计；上述所有模块的结合生成模块的设计。 运用Quartus来完成各个模块的设计。包括以下几个部分：将MATLAB/DSP Builder设计的函数信号发生器转换成Quartus原理图元件；编译生成的该函数信号发生器的总原理图；仿真、引脚锁定、下载和测试；最后做出对应的硬件并进行测试。学习并了解任意波形的

8、产生。研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析本设计中函数信号发生器的设计所运用的工具和工作原理有MATLAB/DSP Builder、Quartus、FPGA、直接数字合成器（DDS）、VHDL以及SOPC/EDA实验开发系统等等。本设计我的步骤是：1、针对直接数字合成器（DDS）的原理以及结构的分析、整理。达到可以灵活运用的目的。2、对FPGA的开发工具及其语言的介绍。通过以往的学习与现在的查阅资料、相关文献更深入的去了解它。包括FPGA的原理、基本结构和它的相关开发工具如：Quartus、MATLAB/DSP Builder、VHDL硬件描述语言等等。3、详细的了解实验室的SOPC/ED

9、A实验开发系统，通过看别人做，听别人教，自己动手操作来了解并掌握它的使用方法，并尽可能的去熟悉，能灵活的运用。前期把相关资料，以及自己该了解的知识掌握好了以后，就可以开始动手去做了。4、使用MATLAB/DSP Builder来完成个模块的设计和仿真。包括以下几部分：（1）调幅信号发生器的模块设计；（2）正弦波、方波以及三角波信号发生模块的设计；（3）锯齿波发生器模块的设计；（4）调频信号发生器模块的设计；（5）上述所有模块的结合生成模块的设计。5、运用Quartus来完成各个模块的设计。包括以下几个部分：（1）将MATLAB/DSP Builder设计的函数信号发生器转换成Quartus原理

10、图元件；（2）编译生成的该函数信号发生器的总原理图；（3）仿真、引脚锁定、下载和测试；（4）最后做出对应的硬件并进行测试。（5）总结并写毕业设计。以上是我的毕业设计的步骤。通过查阅相关中英文文献、资料，以及同学老师的帮助，我觉得此方案可行，并将依照次方案去设计我的论文。进度安排和采取的主要措施（1） 查阅有关资料，熟悉FPGA的原理、结构和使用，掌握并灵活运用VHDL语言、Quartus6.0、MATLAB7.0/DSP Builder6.0等软件。完成开题报告和文献综述。（2） 使用Quartus6.0、MATLAB7.0/DSP Builder6.0等系列工具，利用FPGA设计出能输出调幅

11、波、正弦波、方波、三角波、锯齿波、调频波等多种波形的函数信号发生器并进行测试。 完成软件设计。 （3） 将数据、程序等下载到SOPC开发板内。进行独立运行并测试。完成硬件设计。 （4） 在实验室或者在寝室利用电脑，整理资料。完成毕业设计初稿 （5） 修改并完成毕业设计第二稿 （6） 修改并完成毕业设计正稿 五、主要参考文献（不少于10篇）1、郝小江,罗彪.基于FPGA的函数信号发生器J.电测与仪表.2008，（5）2、王玉萍,付源.基于DSP Builder的DDS设计与应用J.煤炭技术.2006,(4)3、王杰,马玲,刘苇娜,王子旭.基于DSP Builder的DDS设计及其FPGA实现J.

12、现代电子技术.2006,(14)4、许碧荣.基于DSP Builder的DDS信号源设计J.中国电子科学研究院学报. 2006,(5)5、赖昭胜,管立新.基于Dsp Builder的DDS实现及其应用J.微计算机信息. 2006,(32)6、潘松,黄继业EDA技术与VHDL（第2版）M北京：清华大学出版社,20077、许开华.DDS任意波形发生器波形数据生成及传输接口设计D.电子科技大学硕士学位论文.20078、杨守良,程正富.基于Matlab/DSP Builder多波形信号发生器的设计J. 微计算机信息. 2007,(10)9、Altera CorporationCyclone Device Handbook (All Sections) DB/OL. /literature/hb/cyc/cyc_c5v1.pdf,200810、周登荣.任意波形发生器的电