基于FPGA的函数信号发生器设计_图文

1、 第6期易宏,杜志明等:基于FPGA的函数信号发生器设计37图6VC+程序的整体流程行的方式传送数据。设计采用的是凌阳16位单片机SPCE061AE引。FPGA、SPCE061A与USB模组接口连接图如图7所示。VCC VDD10A8.IOAl5/L、r叫D0-D8Data0-7,1、.lOA0-IOA7IOB4RD AlOB5WR NFPGA SPCE061A USB模组IOB6ALEsiva|IOBl5IOB8CS NIOB3RESETNGND GNDlOB2玎qT NVSS1v龄图7FPGA、单片机SPCE061A与USB模组接口连接图5结语基于FPGA的函数发生器设计作为一项毕业设计的

2、成果,综合运用了FPGA,USB,VC+等软硬件资源,充分结合开发套件所具备的模数混合处理的强大功能,及其一些外部资源如SRAM和PLL 模块等,通过计算机USB数据及控制指令传递,实现波形信号的输出,并在计算机上显示。设计的系统可输出正弦波、三角波、斜波、方波等波形,其频率、相位、幅度及占空比(输出方波时可调,且同时输出单极性和双极性的波形。系统用户操作界面如图8所示。图8用户操作界面通过本次毕业设计,参加本项设计的三位学生得到了专业技能的综合性锻炼。通过团队协作基本掌握了软件和硬件开发工具,综合能力得到了实际锻炼。本次设计仍然存在一些问题有待改进,比如发生信号频率达到300kHz以上时波形

3、失真较明显,滤波电路有待后续工作继续完善。参考文献:1-233-435周立功.Actel FPGA原理及运用M.广州:广州致远电子有限公司,2007周立功.Actel FPGA试验教程M.广州:广州致远电子有限公司,2007彭宣戈.16位单片机原理及应用IM.北京北京航空航天大学出版社,2006李英伟.USB原理及工程开发M.北京:国防工业出版社, 2007孙鑫.VC+深入详解M.北京:电子工业出版社.2006(上接第34页杨忠根等文参考文献:1 -23 -32 4郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统(第二版M.北京:高等教育出版社,2000吴大正主编,杨林耀,张永瑞编.信号与系统(第三版M.北

4、京:高等教育出版社,1998刘树棠译。A.V.Oppenheim,A.S.Willsky。W.s.H.Na-wab著.信号与系统(第二版-M-.西安:西安交通大学出版社,1998王松林,王辉.时域下初始状态转换为激励J.南京:电气电子IS-63-738-93教学学报.2006.28(612224杜世民,杨润萍.LTI系统单位冲激响应的时域解法J.南京t电气电子教学学报.2007,29(5:4446张小虹,王丽娟.零输入响应初始条件的处理-J3.南京:电气电子教学学报.2008,30(1:33-35和70杨忠根.任蕾,陈红亮.因果微分定理及其应用J.南京t电气电子教学学报,2009,31(4杨忠

5、根,任蕾.陈红亮.零输入响应的两种定义及其等效性J.南京:电气电子教学学报,待发表杨忠根,任蕾,陈红亮.信号与系统M3.北京:电子工业出版 社,2009 基于FPGA的函数信号发生器设计作者:易宏, 杜志明, 吴国辉, 赵汝波, 韩明, YI Hong, DU Zhi-ming, WU Guo-hui, ZHAO Ru-bo, HAN Ming作者单位:南昌航空大学,自动化学院,江西,南昌,330063刊名:电气电子教学学报英文刊名:JOURNAL OF ELECTRICAL & ELECTRONIC EDUCATION年,卷(期:2009,31(6被引用次数:0次参考文献(5条1.孙

6、鑫VC+深入详解 20062.李英伟USB原理及工程开发 20073.彭宣戈16位单片机原理及应用 20064.周立功Actel FPGA试验教程 20075.周立功Actel FPGA原理及运用 2007相似文献(10条1.学位论文田汉平基于FPGA的函数信号发生器设计2008函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具,在通信、雷达、测量、控制、教学等领域应用十分广泛。随着电子技术的发展,对信号波形的种类、频率范围等提出越来越高的要求,而传统方法设计的信号源在波形种类等方面不能满足要求。针对上述情况,本文采用直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DDS技术,

7、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是先将所需产生的信号波形的一个周期的若干个样点的幅值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/模转换及滤波后得到所需信号波形,其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。本设计中,选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片,利用Altera的设计工具Quartus II 6.0、MATLAB 7.0/DSP Builder 6.0并结合VHDL语言,为多种波形信号发生器的设计提出了一种较为简单的解决方案。根据各种波形产生的基本原理,利用

8、MATLAB/DSP Builder建立其数学模型,然后利用Altera公司提供的SignalCompiler工具对其进行编译,产生Quartus II能够识别的VHDL源程序。利用该VHDL源程序结合自己编写的一些附加控制程序,给出了多种波形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。通过系列实验表明,该函数信号发生器可产生调幅波、正弦波、方波、三角波、锯齿波、调频波等多种波形,而且各波形的频率和幅度可调,可根据用户需要进行现场可编程,达到了预定的要求。2.期刊论文郝小江.罗彪.HAO Xiao-jiang.LUO Biao基于FPGA的函数信号发生器-电测与仪表2008,45

9、(5本文介绍了基于直接数字频率合成技术的函数信号发生器.利用FPGA的DSP开发工具DSP Builder对函数信号发生器建模.该函数信号发生器能够产生正弦波、锯齿波、方波、三角波等波形,同时用ModelSim和Quartus进行函数信号发生器功能仿真和时序仿真,仿真结果表明该函数信号发生器频率及相位可灵活调整且分辨率高,能够实现频率及相位的快速切换.3.期刊论文李辉.朱林生.Li Hui.Zhu Linsheng基于FPGA的三相函数信号发生器设计-电子科技2010,23(7基于FPGA的三相函数信号发生器以DDS为核心,在Altera公司Cyclone 系列EP2C8T144C8上实现正弦

10、波、方波、三角渡和锯齿波信号的产生,利用单片机PIC18F4550控制波形的频率及相位差.同时单片机通过DAC0832控制波形数据转换DAC902参考电压实现在波形幅度的控制,D/A输出的波形经过放大、滤渡后输出.波形参数的输入输出通过触摸屏和液晶屏实现,测试结果显示该系统具有较高的精度和稳定性.4.学位论文黄振华基于FPGA函数信号发生器的设计与实现2009任意波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一,代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术,其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA

11、具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性,能有效地实现DDS技术,极大的提高函数发生器的性能,降低生产成本。本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程,接着分析了整个设计中应处理的问题,根据设计原理就功能上进行了划分,将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。最后就这三个部分分别详细地进行了阐述。在实现过程中,本设计选用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作为产生波形数据的主芯片,充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用了三星公司的上S3C2440作为控制芯片。本设计中,

12、FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点,本文利用Altera的设计工具Quartus并结合VerilogHDL语言,采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。论文最后给出了系统的测量结果,并对误差进行了一定分析,结果表明,可输出步进为0.01Hz,频率范围0.01Hz20MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波,或0.01Hz20KHz的任意波。通过实验结果表明,本设计达到了预定的要求,并证明了采用软硬件结合,利用FPGA技术实现任意波形发生器的方法是可行的。5.期刊论文黄乡生.杨占才.胡世文.HUANG Xiang-sheng.YANG Zhan-cai.HU Shi-wen基于DDS

13、和FPGA的数字函数信号发生器设计和实现-东华理工大学学报(自然科学版2009,32(4采用现场可编程逻辑器件(FPGA,辅以必要的模拟电路,设计实现了一个基于直接数字式频率合成(DDS技术的数字函数信号发生器.主要模块有键盘、波形表生成、频率控制、数模转换及幅度控制、显示控制和后级处理.其中键盘用来设定频率和幅度的大小以及波形的选择;FPGA用来改变DDS频率控制字,并由FPGA来实现波形表生成和频率控制,即DDS算法实现模块;将FPGA产生的波形数据送入到AD7520进行D/A转换.幅度控制由DAC0832内部的电阻分压网络实现;后级采用低通滤波器和OCL电路来提高输出波形质量并增强其带负

14、载能力.6.期刊论文杨东芳.YANG Dong-fang合成函数信号发生器的设计-仪表技术与传感器2010(6该设计是以FPGA为核心,以C8051F005单片机作为系统控制器,利用直接数字频率合成(DDFS技术来产生所需要的波形.并且可通过无线传输任意波形数据.通过使用芯片DAC908与AD603实现信号的输出,通过NE5532的调整,使输出信号在05 V内可调(负载为50 时.7.期刊论文葛东霞.GE Dong-xia ATmega8在函数信号发生器设计中的应用-实验室研究与探索2010,29(1部分将参数信息送到波形发生部分,同时波形参数通过数码管实时显示出来.系统输出级采用AD817宽

15、带集成运放搭建的功率放大电路,实现了低通滤波的功能,并能保证输出电压在负载改变时稳定.8.期刊论文于亚萍.刘源.刘华基于SOPC的DDS函数发生器的设计-工业控制计算机2009,22(2采用SOPC和DDS技术,基于FPGA芯片设计了一个多功能函数信号发生器.该函数发生器的按键控制电路、信号频率显示电路、波形产生电路以及D/A转换控制电路均由FPGA完成.用嵌入Nios软核作键盘输入控制.各种波形离散点采用分区存储的方法,存储在一个ROM中.9.期刊论文马京低频两相函数信号发生器-科技致富向导2011(1本系统基于FPGA来开发DDS函数发生器,以凌阳单片机SPAICE061A为控制核心,并由D/A转换器、四阶巴特沃思低通滤波器、电流电压转换器、Icd12864液晶显示器和波形移位等模块组成,单片机负责显示、键盘识别和频率控制字与相位控制字的串行输出.系统可输出单相正弦波、两相正弦波和调频信号波,具有输出波