基于fpga的多功能函数信号发生器

《基于fpga的多功能函数信号发生器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基于FPGA的任意波形信号发生器海飞陈海巍陶志颖波形发生器波形发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。现在波形发生器的实现方法通常有以下几种：（1）用分立元件组成的波形发生器：通常是单一波形发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的波形发生

2、器IC产生。早期的波形发生器IC，如L8038、BA205、R2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。（3）利用单片集成芯片的波形发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代波形发生器，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。此波形发生器频率高、精度好，因此它被称为高频精密波形发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上都是优选的器件。FPGAFPGA是英文Fi

3、eldProgrammableGateArray的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。本设计特色：DDS技术DDS的技术及其原理DDS的核心是建立在采样定理的基础上，首先要对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为数据表，然后再通过查表将数据读出，经过D/A转换器转换成模拟量，把存入的数据重新合成出来。它是一种全数字化的频率合成技术，由相位累加器、加法器、波形存储器ROM、D/A转

4、换器以及低通滤波器（LPF）构成。DDS的工作原理是：相位累加器根据参考时钟fc以频率控制字K进行累加将所得N位的二进制代码，加上相位控制字P和波形控制字W，取其高L位作为ROM的地址将地址的相应数据信号通过D位的D/A转换器进行数模转换再将模拟信号通过低通滤波器平滑之后即是所合成的波形信号。每周期的最高采样点数：M=fc/fo;波形数据存储器的点数最长为：2L；累加器最小相位增量：δ=2π/2N；输出信号频率：fo=Kfc/2N;最小频率步进值：△f=fc/2N;设输出信号的频率为fo，N位累加器的高L位（L<=N）作为存储器的地址位，则有以下相关参数关系式：可见，时钟频率fc

5、给定后：输出信号的频率取决于频率控制字K频率分辨率取决于累加器位数N相位分辨率取决于波形存储器的地址线位数L幅度量化噪声取决于波形存储器的数据位字长D和D/A转换器的位数这样合成信号的3个参量（频率、相位和幅度）便均可由数字信号精确控制，从而达到了全数字化合成的目的！DDS的优点DDS具有众多突出优点：极高的频率稳定度，极高的频率分辨率，超高速的频率转换时间，变频相位连续，相位噪声低，全数字自动化控制，可以合成任何波形，集成度高，容易实现小型化。设计方案该方案采用FPGA作为中心控制逻辑，由于其具有高速和逻辑单元数多的特点，因此可以由FPGA、DAC和I/V运放直接构成信号源发生

6、器的最小系统。在该方案中通过FPGA控制DAC并直接向DAC发送数据，这样就提高了所需波形的频率并绕过了通用存储器读取速度慢的特点，再加上外部的开关按钮就能够简单控制波形切换与频率选择。当然，为了增加人机界面的交互性与系统功能，可以在原有的基础上添加一个标准键盘和LED或LCD，这样就能够通过编程实现波形的任意性、幅度变化的灵活性。设计方案框图函数发生器的硬件设计波形发生器制作过程中用到的硬件有:12V的电源、ALTERA公司生产的FPGA芯片，和以这个目标芯片为核心的核心板，核心板上有稳压管及其供电系统、50MHZ的晶振。此外所有IO配置管脚通过插针引出，下载设计到目标芯片时用

7、到的并口下载数据线；还用到选择波形、频率调节以及相位调节的按钮。由于这些波形产生都是在FPGA芯片中产生,产生的都是数字信号,在时钟的控制下控制程序对波形数据存储器进行寻址，由存储器输出8位波形数据，这样周而复始地工作。而FPGA只是数字信号处理器，在模拟信号转换它是显得很无助的。所以在它的输出端接上一个数模转换器，把数字信号转换成模拟信号输出。所以它由两部分组成：数据产生，数据的转换。1、FPGA芯片（数据产生）在本次设计方案中，FPGA芯片采用ALTERA公司生产的EPF10