基于FPGA的任意波形发生器的设计与实现-毕业设计论文

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1、基于FPGA的任意波形发生器的设计与实现DesignandRealizationoftheArbitraryWaveformGeneratorBasedonFPGA摘要任意波形发生器是不断发展的数字信号处理技术和大规模集成电路工艺蕴育出来的一种新型测量仪器，能够满足人们对各种复杂信号或特殊信号的需求，代表了信号源的发展方向。可编程门阵列（FPGA）具有高集成度、高速度、可重构等特性。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减小印制电路板的面积，提高系统的可靠性和灵活性。本课题将DDS、USB接口和虚拟仪器技术有

2、机地结合在一起，以FPGA为硬件基础，通过系统硬件电路设计、逻辑设计和软件设计，实现了一款基于FPGA的低成本、便携式、可扩展的即插即用任意波形发生器。本文系统的分析了DDS技术的基本组成、工作原理及其输出信号的频谱特性，给出了改善合成信号频谱纯度的方法，为任意波形发生器的设计与实现提供了理论指导。本课题从总体上规划了任意波形发生器的硬件结构，结合DDS输出信号的频谱特性，设计了两种滤波器对信号进行滤波处理，并开发了硬件平台。以QuartusII软件作为开发工具，对CycloneII系列FPGA芯片EP2C5Q208C8

3、实现的DDS结构中的数字部分及该部分与USB接口进行了设计，并实现了波形的调幅、调频及多种数字调制。在此基础上，使用当前流行的虚拟仪器设计软件LabWindows/CVI，利用计算机强大的计算和显示功能，设计了任意波形发生器的操作面板。通过在操作面板上选择正弦波、方波、三角波、锯齿波、白噪声等常规波形或者手动绘制任意波形，并设置波形参数，进而控制硬件系统产生相应波形信号，充分体现了任意波形发生器的“任意性”。通过测试，证明本任意波形发生器达到了预期的设计要求。关键词：直接频率合成可编程门阵列通用串行总线虚拟仪器Abstr

4、actWiththeunceasingdevelopmentofdigitalsignalprocessingtechniqueandVLSItechnology,anewmeasureinstrument—arbitrarywaveformgenerator(AWG)comesintobeing.AWGcanmeetthedesireofcomplicatedandspecialsignal,whichrepresentsthedevelopingdirectionofsignalsources.Fieldprogra

5、mmablegatearray(FPGA)hasthefeaturesoflargescaleintegration,highworkingfrequencyandreconfiguration.Itcangreatlyshortendesignperiod,reducethesizeofprintedcircuitboard(PCB)andimprovesystemreliabilityandflexibilitytodesigndigitalcircuitbyuseofFPGA.Bycombiningdirectfr

6、equencysynthesis(DDS),universalserialbus(USB)andvirtualinstrumenteffectively,alowcost,portableandextensibleAWGbasedonFPGAhasbeenrealized.Themaincontentsconsistofhardwaredesign,logicdesignandsoftwaredesignareoutlinedasfollows.Thethesissystematicallyintroducestheco

7、mpositionandworkingprincipleofDDS,analyzesthespectrumcharacteristicsofitsoutput,andgivesthemethodsofreducingthenoise,whichpresentsthetheoreticalguidancefordesignandrealizationofAWG.ThestructureofAWGisplannedfromtheoverallandthecircuitispresented.Consideringthespe

8、ctrumcharacteristicsofDDS’soutput,twokindsoffiltersaredesignedtofiltersignalsunwanted.ThedigitalpartinDDSanditsinterfacewithUSBaredesignedontheCycloneIIFPGAchi