基于FPGA地多功能信号发生器设计

基于FPGA的多功能信号发生器设计

论文答辩指导老师：学生：学号：论文框架1、系统任务2、课题背景3、方案论证4、信号发生器的设计过程5、波形仿真6、结论系统任务通过运用所学知识，查阅相关资料，在老师的细心指导下，一定能在规定的时间内完成课题的要求，用VHDL语言结合原理图设计实现一个多功能信号发生器。课题背景

随着电子系统设计复杂程度的不断增加，仅靠手工进行电子系统的设计己经无法满足要求，迫切需要更高级、更快速和更有效的电子设计自动化EDA(ElectronicDesignAutomation)工具。所谓电子设计自动化就是指设计者可以利用计算机以及相关应用软件完成设计工作。改变优先考虑具体物理实现方式的传统设计思路，而将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面，以最快的速度开发出性能优良、质量一流的电子产品。多功能信号发生器的应用越来越广，提供各种测量所需波形信号的电子仪器，如：方波、正弦波，锯齿波、三角波等。是一种常用的信号源，可广泛应用于自动控制、科学试验和电子电路等相关领域。方案论证方案一：采用震荡器频率合成方案。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生所需要频率的方波，通过积分电路就可以得到同频率的三角波，再经过滤波器就可以得到正弦波。其优点是工作频率可望做得很高，也可以达到很高的频率分辨率；缺点是使用的滤波器要求通带可变，实现很难，高低频率比不可能做得很高。方案二：采用VHDL语言来编程，然后下载文件到FPGA来实现。VHDL语言是电子设计领域的主流硬件描述语言,具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大降低了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性,要比模拟电路快得多。选择方案综合以上原因，从实现难易，误差大小以及最终结果等各方面考虑，选择方案二。根据方案二中多功能信号发生器的设计原理，本次方案运用VHDL编程实现多波形数字输出，然后再通过DAC0832实现数模转换，通过示波器观察到模拟波形输出，完成实验。由于程序各个模块独立，思路清晰，比较简单，容易及时修改，验证和仿真；简单易行。实现了多功能信号发生器各个波形的成功输出。信号发生器的设计过程设计规划根据设计思路，信号发生器的结构框图如图所示。它由信号产生，信号控制，D/A转换三部分组成。信号产生信号控制D/A转换器时钟信号输出信号选择信号递增锯齿波模块

其生成的元器件如图递减锯齿波模块其生成的元器件如图三角波模块其生成的元器件如图阶梯波模块其生成的元器件如图方波模块其生成的元器件如图数据选择器模块其生成的元器件如图总原理图波形仿真图递增锯齿波的实现输入的选择信号等于1时，信号发生器顶层电路的仿真波形如图所示，此时输出波形是递增锯齿波。从图中可以看出，输出波形线性递增。递减锯齿波的实现输入的选择信号等于2时，信号发生器顶层电路的仿真波形如图所示，此时输出波形是递减锯齿波。从图中可以看出，输出波形线性递减。三角波的实现输入的选择信号等于3时，信号发生器顶层电路的仿真波形如图所示，此时输出波形是三角波。阶梯波的实现输入的选择信号等于4时，信号发生器顶层电路的仿真波形如图所示，此时输出波形是阶梯波。方波的实现输入的选择信号等于5时，信号发生器顶层电路的仿真波形如图所示，此时输出的波形是方波。输出的数字信号为周期性的全0或全1。结论

EDA技术是电子设计的发展趋势，利用EDA工具可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作EDA工具从数字系统设计的单一领域，发展到今天，应用范围己涉及模拟、微波等多个领域，可以实现各个领域电子系统设计的测试、设计仿真和布局布线等。通过使用quartusⅡ这个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境，利用VHDL语言设计的多功能信号发生器，较成功的完成了预期的效果，能够正确的输出递增锯齿波、递减锯齿波、三角波、方波以及阶梯波，并能够有选择、有规律的输出。但在实际硬件实施过程中器件本身所存在的误差，导致波形有些失真。由于时间关系，我们没有及时消除，但不影响测试结果。系统功能实现不够完善，这些都需要不断的改进和补充。本设计基于FPGA的高精