任意波形信号发生器.pdf

一、 题目要求及分析 1.1 题目要求 任意波形信号发生器 利用 FPGA 器件产生控制信号及数据信号，经 DAC0832 和 TL082 转换产生以下波形： 1) 正斜率斜波； 2) 正弦波； 3) 锯齿波； 4) 任意波形。 用示波器观察输出波形。 硬件电路内容和要求：用 DAC0832 实现数模转换电路，用 TLC082 实现电流－电压转换电路，画 出电路原理图。 软件设计内容和要求：VHDL 编程实现任意波形的信号控制器。要求可以用开关切换不同的波形数 据输出。 1.2 题目分析 VHDL 语言是随着集成电路系统化和高度集成化的发展而逐步发展起来的，是一种用于数字系 统的设计和测试的硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法 VHDL 具有多层次描述系统硬 件功能的能力，支持自顶向下和基于库的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统 设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用 VHDL 对电路的行为进行描 述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻 辑电路的网表，下载到具体的 CPLD 器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC ）的设计。 在本次课程设计中，函数发生器的设计采用自顶向下的系统设计的方法，通过 MAX+plus Ⅱ开 发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到 CPLD 器件中，采用模块化的设计，对功能的修改和 增加，只要修改 VHDL 源程序，而不必更改硬件电路。实现数字系统硬件的软件化。 任意信号发生器体现在它能选择输出四个波形，即正斜率斜波、正弦波、锯齿波、任意波形； 还可以改变波形的某些表征参量，从而控制输出的波形。其主要问题是波形的选择和准备与输出的 模拟信号波形相对应的数字信号，前者可以通过外接开关从而选择输出什么样的波形，后者可以通 1 过建立相应波形的数字信号模块得到，然后建立一个信号，用来保存所采点的数据，最后把该信号 送给 ADC0832 的输入数据端口就可以了。这两个主要问题当然在做的过程中还需要考虑到数据的 选择、位宽的大小、管脚的取舍等问题。 二、 任意波形信号发生器方案设计 2.1 系统设计框图与思路 1．系统的设计框图 利用电子设计自动化（EDA ）技术设计的波形信号发生器，与传统的信号发生器相比，具有高稳定 度、高精度、高分辨率的优点。该项目利用 Alter 公司的可编程逻辑器件 EPF10K10 ，采用 EDA 技术，实现可通过改变时钟频率来调制频率、幅值的多种常用信号。 根据设计要求，多波形信号发生器主要由 5 部分组成，即时钟信号、波形产生器、波形选择器、 数/模转换电路、低通滤波电路。在时钟信号的作用下，由波形选择器选择要输出的波形，波形产生 器生成频率可变的波形数字信号，经数/模转换电路、低通滤波电路，最终输出所需波形信号。另外 输出波形幅度的调节可通过改变 A/D 转换芯片电阻网络的基准电压实现。 系统的设计框图如下： 图 2.1 系统设计框图 函数发生器有波形选择开关控制波形的输出，分别能输出正斜率斜波、锯齿波、正弦波、任意波形 考虑程序的容量，每种波形在一个周期内均的取样点不能太多。 2 ．函数发生器的设计思路 本次课程设计采用 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器的最小系统。在该方案中通过 FPGA 控制 DAC 2 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及改变波形的某些表征参量，能够通过编程实现波 形的任意性、幅度变化的灵活性等功能。 本次课程设计采用自顶向下的设计方法进行设计，包含顶层文件的设计和底层文件的设计。顶 层的设计是把下层各模块连接起来，采用文本输入的方式，通过元件例化的方法，调用各元件，实