基于FPGA脉宽调制设计.doc

基于FPGA脉宽调制设计 学院：电子信息工程学院 姓名： 学号 指导老师： 日期： 选题背景与研究意义 信号发生器的实现技术 信号发生器是电子测试设备中的一种，它用来产生不同类型、不同频率、不同幅度的电子波形，广泛应用于电子设备的研发、测试和维修。它产生的典型波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。 传统的信号发生器运用的是模拟技术，它的实现方法是将正弦波与某一电平作比较，比较器的输出即方波，通过调节待比较的电平即可产生占空比不同的方波，再对方波做积分和微分便可产生三角波，而锯齿波的产生基于对电容的充电，然后通过开关放电实现。 模拟信号发生器技术的关键在于正弦波的产生。早期的技术都是基于谐振法，之后又出现了基于锁相环技术的信号发生器。随着电子技术的不断发展和直接数字频率合成技术（Direct Digital Synthesizer）的提出，一种新的信号产生方法正在被广泛应用，这种方法就是DDS技术。 信号发生器的数字实现方法有两种，一种是运用专用集成电路（ASIC）信号产生芯片，如ADI公司的AD9850，另一种是运用可编程逻辑器件（FPGA）。 研究背景 在现代电子系统中，信号发生器是重要的组成部分之一。在信号传输、通信电子、电力载波、电子对抗等众多领域被广泛使用。比如，在广播传输系统中，高频信号需要作为载波发射，在这里就需要一个能产生高频的信号发生器。在工业、生物医学等领域，如超声诊断、核磁共振等，都需要特定频率、特定功率的信号发生器。 本设计是直接数字频率合成技术与可编程逻辑器件的结合，首先，利用Verilog HDL语言完成了DDS信号发生器的RTL描述，其次，使用Altera公司出品的Quartus II .0进行模块化设计和仿真。Quartus II是Altera公司提供的EDA集成开发环境，其人机界面友好，特别适用于FPGA初学者。与EDA软件配合的是Cyclone II EP2C5Q208C8开发板，体积小巧，功能丰富，非常适合用于DDS的设计。 信号发生器的功能 作为基本功能，信号发生器要具有产生正弦波、方波、三角波和锯齿波的能力；设计说明书如下： 通过实现。 。 。 当拨码开关同时为“1”时，通过切换输出波形的类型类型在正弦波、三角波和锯齿波之间切换。 信号发生器数字部分的设计 波形ROM设计 作为一款DDS信号发生器，ROM的设计很重要。本文的ROM模块调用了Quartus自带的IP核ROM:1-PORT，在调用之前，需先准备好ROM的初始化文件，Altera的FPGA的ROM初始化文件的后缀名为.mif（memory initialized file），格式如下： DEPTH =; WIDTH =8; ADDRESS_RADIX = DEC; DATA_RADIX = DEC; CONTENT BEGIN [数据] END; 生成ROM模块的过程如下： 打开“MegaWizard Plug-In Manager”，点击“Create a new custom megafunction variation”，在弹出的对话框中展开“Memory Compiler”列表，在展开的列表中选择“ROM:1-PORT”，点击“下一步”，在“How wide should the ‘q’ output bus be ?”右侧选择位，在“How many 10-bit words of memory ?”右侧选择数据容量为个。点击两次“下一步”，选择生成的mif文件，再点击两次“下一步”，在对话框中把“生成bsf文件”勾上 最后点击“结束”，便完成了ROM的调用。生成的symbol如图所示。 ROM的symbol 正弦ROM模块的仿真波形如图所示。 ROM模块仿真波形 symbol如图所示。 波生成模块的SignalTap抓取波形如图所示。 分频模块设计 晶振的输出频率为50 MHz，这时就有必要对输入时钟进行分频了。分频模块的关键代码如下： symbol如图所示symbol 比较器设计 经过上述设计，现在模块具有四个ROM，每个ROM分别保存着正弦波、方波、三角波和锯齿波，模块具有四个DA输出，这就需要有一个模块来实现对四个数据的选择，选出一路波形数据给DA。 要产生占空比可调的方波，可以将某一电平与正弦波比较，比较器的输出即占空比可调的方波，其中，控制被比较的电平的大小即可控制方波的占空比。 比较器的关键代码如下： 比较器的symbol如图所示。 比较器的symbol SPWM波生成设计 SPWM波生成运用了正弦波和等腰三角波电平相比较的原理，只需调用一个三角波生成模块，将三角波的电平与正弦波相比较即可，比较的输出接数据选择器，就可输出SPWM波了