基于FPGA的函数信号发生器答辩

1、基于基于fpga的的dds波形发生器设计波形发生器设计 院系：长安学院院系：长安学院 指导教师：刘松华指导教师：刘松华 专业：电子信息工程专业：电子信息工程 班班 级：级：06211 学生：欧婕学生：欧婕 学学 号：号： 06211075 摘 摘 要要 本文采用直接数字合成（dds）技术， 以现场可编程门阵列（fpga）作为硬件基 础，设计函数信号发生器。 直接数字频率合成（dds）就是先将所 需要产生的信号波形的一个周期的若干个样 点的二进制信息存储在波形存储器中，再通 过硬件电路依次从波形存储器中读取出来。 经数/模转换以及滤波后得到所需信号的波 形，它的查表合成波形的方法可以满足产生 任

2、意波形的要求。 本文在设计中，运用了altera公司的 fpic6q240c8芯片作为波形产生的主芯片。 根据各种波形产生的基本原理，利用 matlab/dsp builder建立数学模型，然后利用altera 公司提供的signalcompiler工具对其进行编译，产 生quartusii能够识别的vhdl源程序，利用该vhdl 源程序结合一些附加控制程序，给出了函数信号发 生器的顶层原理图，经过波形仿真后，下载到目标 器件中。 设设 计计 思思 想想 第一章第一章 绪论绪论 电子设计自动化发展概述电子设计自动化发展概述 国内外信号发生器的发展状况国内外信号发生器的发展状况 研究函数信号发生

3、器的目的和意义研究函数信号发生器的目的和意义 本设计主要要求本设计主要要求 电子设计自动化发展概述电子设计自动化发展概述 eda技术即电子设计自动化（技术即电子设计自动化（electronic design automation）技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以）技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以 硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、 大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工 具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子具，通过有关的开发软件

4、，自动完成用软件的方式设计电子 系统到硬件系统的一门技术系统到硬件系统的一门技术。 。 eda技术的发展历史技术的发展历史 cda阶段阶段 第1代eda技术 cad（计算机辅助设计），其主要特征是利 用计算机辅助进行电路原理图编辑，pcb布图布线。 cae阶段阶段 第2代eda技术cae（计算机辅助工程设计），以计算机仿 真和自动布线为核心的技术。 esda阶段阶段 第3代eda技术esda电子系统设计自动化阶段，其以支 持高级语言描述、可进行系统级仿真和综合技术为特征。 eda技术的现状和发展技术的现状和发展 eda技术给电子系统设计带来了革命性的变化，在仿真和技术给电子系统设计带来了革命性

5、的变化，在仿真和 设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的eda软件软件 不断更新、增加，使电子不断更新、增加，使电子eda技术得到了更大的发展。技术得到了更大的发展。 现在现在eda技术发展迅猛，应用比较广泛，包括在机械、电技术发展迅猛，应用比较广泛，包括在机械、电 子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等 各个领域都有各个领域都有eda的应用。的应用。 21世纪将是世纪将是eda技术的高速发展阶段。因此，作为高等院技术的高速发展阶段。因此，作为高等院 校有关专业的学生和广大的电子工程师了

6、解和掌握这一先校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先 进技术已势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是进技术已势在必行，这不仅是提高设计效率的需要，更是 我国电子工业在市场上生存、竞争与发展的需求。我国电子工业在市场上生存、竞争与发展的需求。 70年代前，年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波， 而函数信号发生器介于两者之间，能够提供正弦波、而函数信号发生器介于两者之间，能够提供正弦波、 锯齿波、方波、脉冲波等波形锯齿波、方波、脉冲波等波形。 80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部

7、分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基 准由数字合成电路产生可变频率信号。准由数字合成电路产生可变频率信号。 90年代末出现了几种真正高性能、高价比的函数信号年代末出现了几种真正高性能、高价比的函数信号 发生器发生器。 国内外信号发生器发展现状国内外信号发生器发展现状 研究函数信号发生器的目的和意义研究函数信号发生器的目的和意义 函数信号发生器是信号源一种，根据使用者的要求作函数信号发生器是信号源一种，根据使用者的要求作 为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测 量或各种实际需

8、要。量或各种实际需要。 目前我国在研制信号发生器等方面有可喜的成果。但目前我国在研制信号发生器等方面有可喜的成果。但 总的来说。我国信号发生器还没有形成真正的产业。总的来说。我国信号发生器还没有形成真正的产业。 开发出高性价比的函数信号发生器，对发展我国电子开发出高性价比的函数信号发生器，对发展我国电子 产业有非常重大的意义，具有广泛的应用前景，加紧对这类产业有非常重大的意义，具有广泛的应用前景，加紧对这类 产品的研制显得非常紧迫。产品的研制显得非常紧迫。 本设计主要内容本设计主要内容 对直接数字频率合成（对直接数字频率合成（dds）技术进行研究和分析，以）技术进行研究和分析，以 dds为基础

9、，使用为基础，使用quartus6.0、matlab7.0/dsp builder6.0 等系列工具，利用等系列工具，利用fpga设计出能输出调幅波、正弦波、方波、设计出能输出调幅波、正弦波、方波、 三角波、锯齿波、调频波等多种波形的函数信号发生器并进三角波、锯齿波、调频波等多种波形的函数信号发生器并进 行测试。行测试。 函数信号发生器的设计基础与实现函数信号发生器的设计基础与实现 工具工具 dds的介绍的介绍 fpga的介绍、工作原理、优势的介绍、工作原理、优势 fpga的开发工具及其语言的介绍的开发工具及其语言的介绍 dds 的的 介介 绍绍 dds即即direct digital syn

10、thesizer，中文名称是直接数字，中文名称是直接数字 合成器合成器，是一种新型的频率合成技术，具有较高的频率分辨是一种新型的频率合成技术，具有较高的频率分辨 率，可以实现快速的频率切换，并且在改变时能够保持相位率，可以实现快速的频率切换，并且在改变时能够保持相位 的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。 dds的原理图的原理图 dds的基本构成的基本构成 dds的特点的特点 dds的频率分辨率在相位累加器的位数的频率分辨率在相位累加器的位数n足足 够大时，理论上可以获得相应的分辨精度，够大时，理论上可以获得相应的分辨精度， 这是传统方法难以实现的。这是传统方法难以实现的。 dds是一个全数字结构的开环系统，无反馈是一个全数字结构的开环系统，无反馈 环节，因此其速度极快，一般在毫微秒量环节，因此其速度极