脉冲信号发生器
摘要：本实验是采用fpga方式基于Alter Cyclone2 EP2C5T144C8的简易脉冲信号发生器，可以实现输出一路周期1us到10ms，脉冲宽度：0.1us到周期-0.1us,时间分辨率为
0.1us的脉冲信号，并且还能输出一路正弦信号（与脉冲信号同时输出）。输出模式
可分为连续触发和单次手动可预置数（0~9）触发，具有周期、脉宽、触发数等显示功能。采用fpga计数实现的电路简化了电路结构并提高了射击精度，降低了电路功耗和资源成本。
关键词：FPGA；脉冲信号发生器；矩形脉冲；正弦信号；
1 方案设计与比较
脉冲信号产生方案：
方案一、采用专用DDS芯片的技术方案：
目前已有多种专用DDS集成芯片可用，采用专用芯片可大大简化系统硬件制作难度，部数字信号抖动小，输出信号指标高；但专用芯片控制方式比较固定，最大的缺点是进行脉宽控制，测量困难，无法进行外同步，不满足设计要求。
方案二、单片机法。
利用单片机实现矩形脉冲，可以较方案以更简化外围硬件，节约成本，并且也可以实现灵活控制、能产生任意波形的信号发生器。但是单片机的部时钟一般是小于25Mhz，速度上无法满足设计要求，通过单片机产生脉冲至少需要三条指令，所需时间大于所要求的精度要求，故不可取。
方案二：FPGA法。利用了可编程逻辑器件的灵活性且资源丰富的特点，通过Quartus 软件的设计编写，实现脉冲信号的产生及数控，并下载到试验箱中，这种方案电路简单、响应速度快、精度高、稳定性好故采用此种方案。
2 理论分析与计算
脉冲信号产生原理：输入量周期和脉宽，结合时钟频率，转换成两个计数器的容量，用来对周期和高电平的计时，输出即可产生脉冲信号。
脉冲信号的精度保证：时间分辨率0.1us，周期精度：+0.1%+0.05us，宽度精度：
+0.1%+0.05us，为满足精度要求，所以所选时钟频率至少1/0.05us=20MHZ,由于试验箱上大于10MHZ只有50MHZ，故选时钟信号50MHZ，此时精度1/50MHZ=0.02us<0.05us，满足精度要求。
正弦信号产生原理：正弦信号的产生由DDS原理实现，频率由频率控制字M和时钟周期Fc决定，M=Fout*2^N/Fc，Fout=1/T，N即为相位累加器的位数，化简锝M=2^N/(5*T),即说明可以通过输入量周期控制正弦的频率，与脉冲达到同周期。
3程序设计
3.1 系统框图如图3-1所示。
图3-1 系统框图
按键输入模块：通过不同的按键切换周期和脉宽、高低位输入数据。（vhdl语言见附录1）
图3-2 按键输入模块
显示模块：采用查询ROM表的方法，二进制数值通过一个ROM表显示为十进制数值，在数码管上显示。（Vhdl及rom表见附录2）
图3-3 显示模块
高低电平计数模块：计数器接时钟脉冲50MHZ，即每次计数0.02us，5次计数为0.1us，即为实验要求的时间精度0.1us，通过置入周期和脉宽放大5倍（周期和脉宽均以0.1us为单位）便可产生高低脉冲信号。（Mk模块vhdl见附录三）
图3-4 脉冲信号产生模块
正弦信号产生模块：由DDS原理产生，频率控制字M=Fout*2^N/Fc，Fout=1/T，N即为相位累加器的位数，化简得M=2^N/(5*T)，再通过相位累加器查找正弦ROM表，便可产生正弦信号，正弦信号的周期即为T，与脉冲信号同周期。（reg29、dm1、正弦rom见附录四）
图3-5正弦信号产生模块
整体电路连接：（见附录五）
4 作品测试
4.1 测试仪器
TDS1002型60MHZ1 0GS/s双通道数字存储示波器，系统试验箱。
4.2 测试方案
控制时钟：50MHz
按键操作：Key1：十分位、百位计数使能；Key2:个位、千位计数使能；key3：十位、万位计数使能；key4：高三位低三位切换；key5：脉宽、周期切换；key6：脉宽周期输入脉冲；Key7：猝发脉冲计数按键；key8：系统清零键；key3与key2同时按下切换至单猝发方式；key3、2、1同时按下但猝发脉冲发射。
测试方法：按键输入脉宽和周期，经过示波器观察测量正弦和脉冲周期以及脉宽，记录数据制4.3表格，切换猝发方式后继续用示波器进行单猝发计数测试。
4.3 测试结果
输入周期输入
脉宽
显示
脉宽
脉宽
误差
显示
周期
周期
误差
上升
时间
正弦周
期
幅度
猝发模式状态下输入数据N，示波器显示输出N个脉冲和正弦信号；波形图见附录6 4.4 结果分析
系统在输出脉冲脉宽、周期和正弦波以及猝发脉冲等指标达到题目的基本和发挥部分要求，各项指标测量精度高，整体性能达到题目发挥部分要求。
5 总结
本系统以fpga作为系统的核心控制器件，以系统试验箱为平台，具有1us-10ms的方波
脉冲发生和正弦脉冲发生功能，同时具有1-9固定数量脉冲单猝发功能，具有精度较高速度快的特点，所有指标均达到或部分超过赛题要求。
附录
附件1：按键输入模块
library ieee;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity xianshi is
port(cp,change,clr,hl,aj1,aj2,aj3:in std_logic;
zq,mk:out std_logic_vector(16 downto 0));
end xianshi;
architecture one of xianshi is
signal m:std_logic_vector(16 downto 0);
signal n:std_logic_vector(16 downto 0);
begin
process(cp,change,clr,hl,aj1,aj2,aj3)
begin
if clr='1'then
m<="00000000000000000"; n<="00000000000000000";
elsif cp'event and cp='1' then
脉冲信号发生器可以产生重复频率、脉冲宽度及幅度均为可调的脉冲信号，广泛应用于脉冲电路、数字电路的动态特性测试。脉冲信号发生器一般都以矩形波为标准信号输出。 脉冲信号发生器的种类繁多，性能各异，但内部基本电路应包括图1所示的几个部分。 主振级一般由无稳态电路组成，产生重复频率可调的周期性信号。隔离级由电流开关组成，它把主振级与下一级隔开，避免下一级对主振级的影响，提高频率的稳定度。脉宽形成级一般由单稳态触发器和相减电路组成，形成脉冲宽度可调的脉冲信号。放大整形级是利用几级电流开关电路对脉冲信号进行限幅放大，以改善波形和满足输出级的激励需要。输出级满足脉冲信号输出幅度的要求，使脉冲信号发生器具有一定带负载能力。通过衰减器使输出的脉冲信号幅度可调。 所示为xc-15型脉冲信号发生器的面板示意图，xc-15型脉冲信号发生器是高重复频率ns （纳秒）级脉冲信号发生器。其重复频率范围为1kHz～100MHz，脉冲宽度为5ns～300μs，幅度为150mV～5V，并输出正、负脉冲及正、负倒置脉冲，性能比较完善。 （1）XC－15型脉冲信号发生器的面板开关、旋钮的功能及使用 ①“频率”粗调开关和“频率细调”旋钮。调节“频率”粗调开关和“频率细调”旋钮，可实现1kHz～100MHz的连续调整。粗调分为十挡（1kHz、3kHz、10kHz、100kHz、300kHz、1MHz、3MHz、10MHz、30MHz和100MHz），用细调覆盖。“频率细调”旋钮顺时针旋转时频率增高，顺时针旋转到底，为“频率”粗调开关所指频率；逆时针旋转到底，为此“频率”粗调开关所指刻度低一挡。例如，“频率”粗调开关置于10kHz挡，“频率细调”旋钮顺时针旋转到底时输出频率为10kHz；逆时针旋转到底时输出频率为3kHz。 ②“延迟”粗调转换开关和“延迟细调”旋钮。调节此组开关和旋钮，可实现延迟时间5ns～300，tts的连续调整。延迟粗调分为十挡（5ns、10ns、30ns、l00ns、300ns、1μs、3μs、10μs、30μs和100μs），用细调覆盖。延迟时间加上大约30ns的固有延迟时间等于同步输出负方波的下降沿超前主脉冲前沿的时间。 “延迟细调”旋钮逆时针旋转到底为粗调挡所指的延迟时间。顺时针旋转延迟时间增加，顺时针旋转到底为此粗调挡位高一挡的延迟时间。例如，“延迟”粗调开关置于30ns挡，“延迟细调”旋钮顺时针旋转到底时输出延迟时间为100ns；逆时针旋转到底时输出延迟时间为30ns。 ③“脉宽”粗调开关和“脉宽细调”旋钮。通过调节此组开关和旋钮，可实现脉宽5ns～300μs 的连续调整。“脉宽”粗调分为十挡（5ns、10ns、30ns、100ns、300ns、1μs、3μs、10μs、30μs和100μs），用细调覆盖。“脉宽细调”旋钮逆时针旋转到底为粗调挡所指的脉宽时间。顺时针旋转脉宽增加，顺时针旋转到底为此粗调挡位高一挡的脉宽。例如，“脉宽”粗调开关置于10ns挡，“脉宽细调”旋钮顺时针旋转到底时输出脉宽为30ns；逆时针旋转到底时输出延迟时间为10ns。 ④“极性”选择开关。转换此开关可使仪器输出四种脉冲波形中的一种。 ⑤“偏移”旋钮。调节偏移旋钮可改变输出脉冲对地的参考电平。 ⑥“衰减”开关和“幅度”旋钮。调节此组开关和旋钮，可实现150mV～5V的输出脉冲幅度调整。 （2）使用注意事项在使用xc 15型脉冲信号发生器时应注意如下两点事项。 ①本仪器不能空载使用，必须接入50Ω负载，并尽量避免感性或容性负载，以免引起波形畸变。 ②开机后预热15min后，仪器方能正常工作。
绍兴文理学院 数理信息学院 课程设计报告书题目基于STM32的简易信号发生器电子信息工程专业 1班 姓名 xxx 指导教师 xxx 时间 2014年 7月12日
课程设计任务书
基于STM32的简易波形发生器 摘要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出以上波形的波形发生器。本课题采用STM32[1]为控制芯片，采用DDS[2]的设计方法，可将采样点经D/A[3]转换后输出任意波形，可通过调节D/A转换的频率来调节输出波形的频率，也可通过改变取点的起始位置来调节波形的初始相位。 关键词信号发生器STM32 DDS
目录 课程设计任务书.............................................................................................................................. I 摘要……………………………………………………………………………………………….II 1 设计概述 (1) 2 设计方案 (2) 3 设计实现 (3) 3.1 设计框图及流程图 (3) 3.2 MCU控制模块 (5) 3.3 按键控制模块 (5) 3.4 信号输出模块 (6) 3.5 LCD显示模块 (8) 4 设计验证 (8) 5 总结 (11)
1设计概述 信号发生器作为一种历史悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使得信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或作脉冲调制器的脉冲信号发生器。 自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器。这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。 自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对D/A的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 在80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准有数字合成电路产生可变频率信号。 90年代末出现了集中真正高性能的函数信号发生器，HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1770A波形发生软件组成。 信号发生器技术发展至今，引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、Tektronix等。美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的快沿方波，其最高频率可达到5MHz，最大输出幅度可达到10Vpp。 国内也有不少公司已经有了类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器，华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数\任意波形信号发生器。国内信号发生器起步晚，但发展至今，已经渐渐跟上国际的脚步，能够利用高新技术开发出达到国际水平的高性能多功能信号发生器。 信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用，各种波形曲线均可用三角函数方程式来表达。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、测量 雷达、控制教学等领域应用十分广泛。不论是在生产、科研还是在教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。而且，信号发生器的设计
PWM信号发生器的设计程序 module pwmgen(clk,rst,ce,addr,write,wrdata,read,bytesel,rddata,pwm); input clk,rst,ce; input [1:0]addr; input write,read; input[31:0]wrdata; output[31:0]rddata; input[31:0]bytesel; output pwm; reg[31:0]clk_div_reg,duty_cycle_reg; reg control_reg; reg clk_div_reg_sel,duty_cycle_reg_sel,control_reg_sel; reg[31:0]pwm_cnt,rddata; reg pwm; wire pwm_ena; always@(addr) begin clk_div_reg_sel<=0;duty_cycle_reg_sel<=0;control_reg_sel<=0; case(addr) 2'b00:clk_div_reg_sel<=1; 2'b01:duty_cycle_reg_sel<=1; 2'b10:control_reg_sel<=1; default: begin clk_div_reg_sel<=0; duty_cycle_reg_sel<=0; control_reg_sel<=0; end endcase end always@(posedge clk or negedge rst) begin if(rst==1'b0) clk_div_reg=0; else begin if(write & ce & clk_div_reg_sel) begin if(bytesel[0]) clk_div_reg[7:0]=wrdata[7:0]; if(bytesel[1]) clk_div_reg[15:8]=wrdata[15:8];
数字电路设计研讨 －－简易矩形波信号发生器 姓名：尹晨洋 学号：13211023 班级：通信1301 同组成员:程永涛 学号：13211007 指导老师：任希
目录 一、综述************************************************************ 1 二、电路元件结构及工作原理***************************** 1 1）、555计数器******************************************************** 1 2）、74ls160同步计数器************************************************ 2 3）、74ls175 4位寄存器************************************************* 4三、频率可调的矩形波发生器***************************** 4 1）、频率可调的矩形波发生器电路图仿真电路图******************************* 4 2）、频率可调的矩形波发生器工作原理分析*********************************** 4 3）、仿真结果分析******************************************************** 5四、可显示频率计数器***************************************** 6 1）、可显示频率计数器仿真电路图******************************************** 6 2）、工作原理分析********************************************************* 6 3）、仿真结果分析********************************************************** 7 4）、实验误差************************************************************** 9 五、总结与体会************************************************** 9 六、参考文献*******************************************************
1.PWM信号概述 脉冲宽度调制(PWM)信号广泛使用在电力变流技术中,以其作为控制信号可完成DC-DC变换(开关电源)、DC-AC变换(逆变电源)、AC-AC变换(斩控调压)与AC-DC变换(功率因数校正)。 产生PWM信号的方法有多种,现分别论述如下: 1)普通电子元件构成PWM发生器电路 基本原理就是由三角波或锯齿波发生器产生高频调制波,经比较器产生PWM信号。三角波或锯齿波与可调直流电压比较,产生可调占空比PWM信号;与正弦基波比较,产生占空比按正弦规律变化的SPWM信号。 此方法优点就是成本低、各环节波形与电压值可观测、易于扩展应用电路等。缺点就是电路集成度低,不利于产品化。 2)单片机自动生成PWM信号 基本原理就是由单片机内部集成PWM发生器模块在程序控制下产生PWM 信号。 优点就是电路简单、便于程序控制。缺点就是不利于学生观测PWM产生过程,闭环控制复杂与使用时受单片机性能制约。 3)可编程逻辑器件编程产生PWM信号 基本原理就是以复杂可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列器件(FPGA)为硬件基础,设计专用程序产生PWM信号。 优点就是电路简单、PWM频率与占空比定量准确。缺点就是闭环控制复杂,产生SPWM信号难度大。 4)专用芯片产生PWM信号 就是生产厂家设计、生产的特定功能芯片。 优点就是使用方便、安全,便于应用到产品设计中。缺点就是不利于学生观测PWM产生过程与灵活调节各项参数。 2.电子元件构成PWM发生器电路
图1电子元件构成PWM发生器电路 3.集成芯片SG3525构成PWM发生器电路 一、PWM信号发生电路说明 实验电路中,驱动开关管的PWM信号由专用PWM控制集成芯片SG3525产生(美国Silicon General公司生产),PWM信号发生器电路如图2所示。 图2 PWM信号发生器电路图 SG3525采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器与保护电路等。调节Ur的大小,在OUTA、OUTB
脉冲信号发生器 摘要：本实验是采用fpga方式基于Alter Cyclone2 EP2C5T144C8的简易脉冲信号发生器，可以实现输出一路周期1us到10ms，脉冲宽度：0.1us到周期-0.1us,时间分辨率为 0.1us的脉冲信号，并且还能输出一路正弦信号（与脉冲信号同时输出）。输出模式 可分为连续触发和单次手动可预置数（0~9）触发，具有周期、脉宽、触发数等显示功能。采用fpga计数实现的电路简化了电路结构并提高了射击精度，降低了电路功耗和资源成本。 关键词：FPGA；脉冲信号发生器；矩形脉冲；正弦信号； 1 方案设计与比较 脉冲信号产生方案： 方案一、采用专用DDS芯片的技术方案： 目前已有多种专用DDS集成芯片可用，采用专用芯片可大大简化系统硬件制作难度，部数字信号抖动小，输出信号指标高；但专用芯片控制方式比较固定，最大的缺点是进行脉宽控制，测量困难，无法进行外同步，不满足设计要求。 方案二、单片机法。 利用单片机实现矩形脉冲，可以较方案以更简化外围硬件，节约成本，并且也可以实现灵活控制、能产生任意波形的信号发生器。但是单片机的部时钟一般是小于25Mhz，速度上无法满足设计要求，通过单片机产生脉冲至少需要三条指令，所需时间大于所要求的精度要求，故不可取。 方案二：FPGA法。利用了可编程逻辑器件的灵活性且资源丰富的特点，通过Quartus 软件的设计编写，实现脉冲信号的产生及数控，并下载到试验箱中，这种方案电路简单、响应速度快、精度高、稳定性好故采用此种方案。 2 理论分析与计算 脉冲信号产生原理：输入量周期和脉宽，结合时钟频率，转换成两个计数器的容量，用来对周期和高电平的计时，输出即可产生脉冲信号。 脉冲信号的精度保证：时间分辨率0.1us，周期精度：+0.1%+0.05us，宽度精度：
学号10780133 EDA技术及应用 设计说明书 简易脉冲信号发生器 起止日期：2013 年12 月16日至2013 年12 月20 日 学生姓名高雪 班级10信科1班 成绩 指导教师(签字) 计算机与信息工程学院 2013年12 月20 日
天津城建大学 课程设计任务书 2013—2014学年第1学期 计算机与信息工程学院电子信息科学与技术专业一班级 课程设计名称：EDA技术及应用 设计题目：简易脉冲信号发生器 完成期限：自2013 年12月16 日至2013 年12 月20 日共 1 周 一．课程设计依据 在掌握常用数字电路原理和技术的基础上，根据EDA技术及应用课程所学知识，利用硬件描述语言（VHDL或VerilogHDL），EDA软件（QuartusⅡ）和硬件开发平台（达盛试验箱CycloneⅡFPGA）进行初步数字系统设计。 二、课程设计内容 设计一个简易方波信号发生器，要求能够根据输入信号选择输出不同频率和占空比的脉冲波。输出频率为100，1K，10KHz,每个频率占空比均可在0.1,0.2 ….0.9,档位调节。要求频率可在数码管显示100Hz 的输出至LED灯上显示结果，1K信号输出后经滤波器驱动蜂鸣器测试。 三、课程设计要求 1、要求独立完成设计任务。 2、课程设计说明书封面格式要求见《天津城市建设学院课程设计教学规范》附表1。 3、课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。 4、测试要求：根据题目的特点，采用相应的时序仿真或者在实验系统上观察结果。 5、课程设计说明书要求： 1)说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。 2)系统框图、Verilog HDL语言设计程序或原理图。 3)对各子模块的功能以及各子模块之间的关系做较详细的描述。 4)详细说明调试方法和调试过程。 5)说明测试结果：仿真时序图和结果显示图，并对其进行说明和分析。 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：2013 年12月12日
可编程脉冲信号发生器的设计 摘要 基于单片机的可编程脉冲信号发生器，通过4x4的非编码矩阵键盘键入脉冲信号的指标参数频率、占空比和脉冲个数，在单片机的控制处理下发出满足信号指标的脉冲信号，并在液晶显示屏的制定位置显示出相关参数。复位电路采用上电复位和手动复位的复合复位方式，保证单片机在上电和程序运行进入死循环时，单片机均能正常复位。利用在工作方式1下的定时器和计数输出低频脉冲信号，以及在工作方式2下能够自动重复赋初值的定时器输出高频脉冲信号，从而使频率和占空比满足指标要求。通过程序设计，使单片机每次发出信号后等到重置信号进行下一次脉冲信号的输出，有效的提高了单片机的使用效率。 本课题设计利用单片机技术，通过相应的软件编程和较简易的外围硬件电路来实现，其产生的脉冲信号干扰小，输出稳定，可靠性高，人机界面友好，操作简单方便，成本低，携带方便，扩展性强。关键的是，脉冲信号频率、脉冲个数和脉冲占空比可调节，可通过键盘输入并由显示器显示出来。 本课题设计所要达到的指标要求： (1)脉冲信号频率0.1HZ到50KHZ可调并在液晶显示屏指定位置显示。 (2)脉冲信号个数0到9999可调并在液晶显示屏指定位置显示。 (3)脉冲信号占空比任意可调并在液晶屏显屏指定位置示出来。 关键词：单片机，脉冲信号，频率，脉冲个数，占空比
Programmable pulse signal generator design ABSTRACT The programmable pulse signal generator based on single chip, through the 4x4 non-coding matrix keyboard inputing pulse signal parameters of frequency, duty cycle and pulse number, pulse signal is sent to meet the targets of signal processing chip.The related parameters are displayed on the setting position on the liquid crystal. The reset circuit by power-on reset and manual reset, ensure the SCM in power and run into dead circulation can be reset. Use in work mode 1 timer and counter output low frequency pulse signal, and in work mode 2 to timer output high frequency pulse signal ，automaticly repeat initialization, so as to make the frequency and duty ratio meet the requirements. Through the program design, the microcontroller each signal and then wait for the reset signal, the signal at the output of the pulse next time, effectively improve the efficiency in the use of single-chip microcomputer. The subject of the use of single-chip technology, which achieved through the corresponding software and the simple peripheral hardware circuit. The advantages of which are the small interference of the pulse signal, output stability, high reliability, friendly man-machine interface, easy operation, low cost, portability, scalability strong. The keys, pulse frequency, pulse number and pulse duty ratio are adjustable, which can be inputed through the keyboard and displayed through LCD. The requirements of this topic design: (1) The pulse signal frequency of 0.1HZ to 50KHZ is adjustable and can be displaied on the specify location in the LCD screen. (2) Pulse signal number of 0 to 9999 is adjusted and can be displaied on the specify location in the LCD screen. (3)Pulse duty ratio is adjustable and can be displaied on the specify
前言 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation.PWM）控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术和模拟信号数字传输通信领域最广泛应用的控制方式，因此研究基于PWM技术的脉冲宽度及周期可调的信号发生器具有十分重要的现实意义。 本文主要讨论了脉冲占空比可调信号的产生方法，采用三种不同的方案使用VHDL语言编程实现了信号的产生。其中方案一的原理是分频，即用计数器计算时钟脉冲的上升沿个数，再通过输出电平反复翻转得到计数个数（脉冲宽度）可控的PWM 信号；方案二的原理是锯齿波比较法，首先编程产生阶梯状的锯齿波，再通过锯齿波与输入占空比值（数值可控的直线）比较产生脉冲宽度随输入占空比数值变化的PWM 信号；方案三是用有限状态机产生有用信号，首先定义两个状态，再通过计数器值与输入占空比值比较控制状态的切换，产生PWM信号。本文详细介绍方案二和方案三两种方法。 通过使用QuartusII9.0软件采用VHDL语言编程并用功能仿真证实了上文提到的三种PWM信号产生方案都是可行的，都能产生切实可用的PWM信号，三种方案中均可以通过修改输入端口占空比来控制产生信号的脉宽，且可以通过在程序中修改计数器的计数上限和分频模块的分频比改变信号的周期及频率，实现了多参数可调，使整体设计具有灵活的现场可更改性和较好的可移植性。且实现功能的程序简单易懂，设计过程中思路阐述清晰，流程介绍明了，且程序易于修改，可读性好。
第一章设计要求 1.1 研究课题 PWM信号发生器的研制 1.2设计要求 用CPLD可编程模块产生下列信号（特殊芯片：EPM570T100C5） (1)采用VHDL编写相关程序，PWM信号的工作频率为500Hz(1000Hz)； (2)时钟信号通过分频器后，由输入开关量控制占空比可调。
脉冲信号发生器的使用方法 脉冲信号发生器可以产生重复频率、脉冲宽度及幅度均为可调的脉冲 信号，广泛应用于脉冲电路、数字电路的动态特性测试。脉冲信号发生器一般 都以矩形波为标准信号输出。脉冲信号发生器的种类繁多，性能各异，但 内部基本电路应包括主振级一般由无稳态电路组成，产生重复频率可调的周期 性信号。隔离级由电流开关组成，它把主振级与下一级隔开，避免下一级对主 振级的影响，提高频率的稳定度。脉宽形成级一般由单稳态触发器和相减电路 组成，形成脉冲宽度可调的脉冲信号。放大整形级是利用几级电流开关电路对 脉冲信号进行限幅放大，以改善波形和满足输出级的激励需要。输出级满足脉 冲信号输出幅度的要求，使脉冲信号发生器具有一定带负载能力。通过衰减器 使输出的脉冲信号幅度可调。 如（1）XC－15型脉冲信号发生器的面板开关、旋钮的功能及使用 ①频率粗调开关和频率细调旋钮。调节频率粗调开关和频率细调旋钮， 可实现1kHz～100MHz的连续调整。粗调分为十挡 （1kHz、3kHz、10kHz、100kHz、300kHz、1MHz、3MHz、10MHz、30MHz 和100MHz），用细调覆盖。频率细调旋钮顺时针旋转时频率增高，顺时针旋转 到底，为频率粗调开关所指频率；逆时针旋转到底，为此频率粗调开关所指刻 度低一挡。例如，频率粗调开关置于10kHz挡，频率细调旋钮顺时针旋转到底 时输出频率为10kHz；逆时针旋转到底时输出频率为3kHz。 ②延迟粗调转换开关和延迟细调旋钮。调节此组开关和旋钮，可实现延 迟时间5ns～300，tts的连续调整。延迟粗调分为十挡 （5ns、10ns、30ns、l00ns、300ns、1μs、3μs、10μs、30μs和100μs），用细调覆盖。延迟时间加上大约30ns的固有延迟时间等于同步输
电子技术综合训练 设计报告 题目：PWM信号发生器的设计 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 摘要 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易PWM信号发生器,PWM信号发生器应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim10仿真软件。本课程设计介绍了PWM信号发生器的设计方案及其基本原理，并着重介绍了PWM信号发生器各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于
测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字： 目录 1 设计任务和要求…………………………………………………………? 1.1设计任务……………………………………………………………? 1.2设计要求…………………………………………………………….? 2 系统设计…………………………………………………………………? 2.1系统要求…………………………………………………………….? 2.2方案设计……………………………………………………………? 2.3系统工作原理……………………………………………………….? 3 单元电路设计……………………………………………………………? 3.1 单元电路A(单元电路的名称) ……………………………………? 3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………? 3.1.2电路仿真…………………………………………………………?
3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………? 3.2单元电路B(单元电路的名称) ……………………………………? 3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………? 3.2.2电路仿真…………………………………………………………? 3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………….? …… 4 系统仿真……………………………………………………………………?. 5 电路安装、调试与测试……………………………………………………? 5.1电路安装………………………………………………………………? 5.2电路调试………………………………………………………………? 5.3系统功能及性能测试…………………………………………………? 5.3.1测试方法设计………………………………………………………? 5.3.2测试结果及分析……………………………………………………? 6 结论…………………………………………………………………………?
EDA课程设计简易信号发生器的设计实现 小组成员：XXXXXX XXXXX 专业：XXXXX 学院：机电与信息工程学院指导老师：XXXXXX 完成日期：XX年XX月XX日
目录 引言 (3) 一、课程设计内容及要求 (3) 1、设计内容 (3) 2、设计要求 (3) 二、设计方案及原理 (3) 1、设计原理 (3) 2、设计方案 (4) （1）设计思想 (4) （2）设计方案 (4) 3、系统设计 (5) （1）正弦波产生模块 (5) （2）三角波产生模块 (6) （3）锯齿波产生模块 (6) （4）方波产生模块 (6) （5）波形选择模块 (6) （6）频率控制模块 (6) （7）幅度控制模块 (6) （8）顶层设计模块 (7) 三、仿真结果分析 (7) 波形仿真结果 (7) 1、正弦波仿真结果 (7) 2、三角波仿真结果 (8) 3、锯齿波仿真结果 (8) 4、方波仿真结果 (8) 5、波形选择仿真结果 (9) 6、频率控制仿真结果 (9) 四、总结与体会 (10) 五、参考文献 (10) 六、附录 (11)
简易信号发生器 引言 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广范的应用。它能够产生多种波形，如正弦波、三角波、方波、锯齿波等，在电路实验和设备检验中有着十分广范的应用。 本次课程设计采用FPGA来设计多功能信号发生器。 一、课程设计内容及要求 1、设计内容 设计一个多功能简易信号发生器 2、设计要求 （1）完成电路板上DAC的匹配电阻选择、焊接与调试，确保其能够正常工作。 （2）根据直接数字频率合成（DDFS）原理设计正弦信号发生器，频率步进1Hz，最高输出频率不限，在波形不产生失真（从输出1KHz正弦转换为输出最高频率正弦时，幅度衰减不得大于10%）的情况下越高越好。频率字可以由串口设定，也可以由按键控制，数码管上显示频率傎。 （3）可以控制改变输出波形类型，在正弦波、三角波、锯齿波、方波之间切换。 （4）输出波形幅度可调，最小幅度步进为100mV。 二、设计方案及原理 1、设计原理 （1）简易信号发生器原理图如下
第32卷 第6期 2010-6 【151】 基于CPLD的PWM发生器设计 A PWM generator designed with CPLD 耿伟松，于海东 GENG Wei-song, YU Hai-dong （扬州大学 能源与动力工程学院，扬州 225009） 摘 要：H形桥式变换器在多种动力系统中有着广泛的应用。在电机控制中，H桥中开关的控制一般采 用PWM控制技术。采用VHDL硬件描述语言设计了基于CPLD的PWM发生器，并使用Max+PlusⅡ进行仿真验证，仿真结果验证了设计的正确性。设计中采用了一种巧妙的方法来实现，其原理简单。基于CPLD的PWM发生器将会简化控制系统的硬件和软件设计，获得更高的开关频率，其应用这将大大简化直流电机控制系统的设计并且改善系统的控制性能。 关键词：H桥；PWM发生器；CPLD；VHDL；Max+ Plus Ⅱ 中图分类号：TM383.6 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2010)06-0151-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.50 0 引 言 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了直流P W M 调速系统[1]。脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，可分为可逆和不可逆两大类。其中可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（H形）电路。桥式变换器在许多动力系统中得到了广泛的应用（如直流驱动，直流-交流逆变器，开关电源等等）。 1 PWM 发生器的设计 桥式变换器应用在直流电机调速系统中的主要电路结构如图1所示，开关控制基本上采用 PWM技术。 图1 桥式变换器原理图 PWM信号发生器一般是通过模拟电路或者是 基于微处理器的软件控制技术来实现，但随着高速开关器件的涌现，对于复杂的调制技术，即使采用最先进的DSP（数字信号处理器）也很难实现。 随着超大规模集成电路的集成度和工艺水平的不断提高，专用集成电路ASIC的设计成本在不断降低。CPLD/FPGA是实现ASIC的主流器件，它们具有极大的灵活性和通用性，工作速度快，开发效率高，成本低，可靠性好。近年来，CPLD在电机控制系统中的应用收到了系统设计人员越来越多的重视。用CPLD来设计PWM发生器将会简化控制系统的硬件和软件设计，获得更高的开关频率，减少微处理器的计算工作量。 VHDL具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，并且具有良好的电路行为描述和系统描述的能力，并在语言易读性和层次化、结构化设计方面表现了强大的生命力和应用潜力[2]，因此本文选用VHDL语言进行编程，用一片CPLD设计了PWM发生器。 由于桥式PWM变换器的工作状态是确定的，所以采用状态机方式来编程[3]也是情有可原，虽然只有六个状态，但其程序实现起来是很复杂的。用数字比较器代替模拟比较器、用线性计数器代替锯齿波发生器来产生PWM信号[4,5]的设计方法也很繁琐。在分析了桥式PWM变换器工作原理的基础上，本文采用了一种巧妙的方法来设计，其原理简单，程序容易实现。 收稿日期：2010-03-24 作者简介：耿伟松（1990－），男，江苏连云港人，本科在读，研究方向为电气工程及自动化。
中南林业科技大学涉外学院 认识实习报告 名称：脉冲信号发生器与计数器 姓名学号： 系：理工系专业：电子信息工程班级：实习时间：实习地点：
目录 一、题目 二、任务和要求 三、内容 （1）如何用仪表测量 （2）如何焊接 （3）如何调试 四、结论 五、体会和收获
一、题目脉冲信号发生其与计数器 二、任务和要求 1：焊接电路板 2：装配电阻、安装短路线、装配芯片、装配按键S、装配电容、装配发光二极管、安装电源插座、测试 三、内容 （1）安装好后，目测检查，是否焊接好了。插入电源线，电源线额另一端接电源，一定不要接错了，印刷板上标有+的一端接电源+5V，另一端接 地。千万注意，电源不要接错了。打开电源，测试电源电压，测试芯片 上各脚电压。按下按键，试着短按和长按，观察现象。测试各发光二极 管（有亮的也有不亮的都测）的电压。短按时，每次产生一个脉冲，观 察到由发光二极管显示的二进制数加一。长按时，产生连续脉冲，观察 到由发光二极管显示的二进制数连续累加。 （2）加热焊件；移入焊锡；焊锡融化后，移开焊锡；移开电烙铁。注意掌握好时间，焊接好后，剪去焊盘外的导线 （3）打开电源，测试电源电压，测试芯片上各脚电压。按下按键，试着短按和长按，观察现象 四、结论 利用集成定时器（芯片 NE555）产生信号，当按键被单次单次地按下时，产生一个一个的单脉冲信号；当按键按下不动时，产生连续脉冲信号。可利用集成技术器（芯片4024）计数。其状态反映脉冲的个数。利用发光二级管显示已经计数的脉冲数，其中74LS04是驱动电路。 五、体会和收获 经过这次实习，了解到了如何焊接电路板、焊接电路板所需注意的事项、认识各种原配件和如何检测焊成后的电路板，同时培养了自己的动手能力和对电路这门课程的认知
函数信号发生器和任意波形发生器对比 1、函数信号发生器 函数发生器是使用最广的通用信号源信号发生器，提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，有的还同时具有调制和扫描功能。 函数波形发生器在设计上分为模拟式和数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源(DDS)无论就频率、幅度乃至信号的信噪比(S/N)均优于模拟式，其锁相环(PLL)的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phaseJitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但数字式信号源中，数字电路与模拟电路之间的干扰始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，如今市场上的大部分函数信号发生器均为DDS信号源。 2、任意波形发生器 任意波形发生器，是一种特殊的信号源，不仅具有一般信号源波形生成能力，而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。在我们实际的电路的运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种缺陷信号和瞬变信号，如果在设计之初没有考虑这些情况，有的将会产生灾难性后果。任意波发生器可以帮您完成实验，仿真实际电路，对您的设计进行全面的测试。 由于任意波形发生往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过专用的波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真实验。另外，内置一定数量的非易失性存储器，随机存取编辑波形，有利于参考对比，或通过随机接口通讯传输到计算机作更进一步分析与处理。有些任意波形发生器有波形下载功能，在作一些麻烦费用高或风险性大的实验时，通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口传输到信号源，直接下载到设计电路，更进一步实验验证。 泰克推出的AFG3000系列三合一信号源，可以完成以上提到的功能，并且在波形输出的精度、稳定性等方面都有较大提高，是走在行业前列的新一代任意波发生器。 信号源的主要技术指标 传统函数发生器的主要指标和新近研发的任意波形发生器的主要指标有一些不同，我们这里分开介绍。 (一)普通函数发生器的主要指标： 带宽(输出频率范围) 仪器的带宽是指模拟带宽，与采样速率等无关，信号源的带宽是指信号的输出频率的范围，并且一般来讲信号源输出的正弦波和方波的频率范围不一致，例如，某函数发生器产生正弦波的频率范围是1mHz～240MHz，而输出方波的频率范围是1mHz～120MHz。 频率(定时)分辨率 频率分辨率，即最小可调频率分辨率，也就是创建波形时可以使用的最小时间增量。
浅谈利用单片机设计PWM脉冲信号发生器 发表时间：2014-01-09T11:41:33.297Z 来源：《中国科技教育·理论版》2013年第11期供稿作者：王雪娇胡恒铮 [导读] 除此之外，模拟电路中许多的元器件会发热，也就相对提高了电路的功耗，并且对噪声也敏感，任何干扰或噪声都会改变电流值的大小。 王雪娇胡恒铮无锡技师学院 214153 摘要脉冲宽度调制（PWM）在电子技术领域中应用十分广泛，但是利用模拟电路实现脉宽调制功能十分复杂、不经济。随着微处理器的发展，运用数字输出方式去控制实现PWM的功能就变得简单快捷，本文就如何利用89S52单片机软件编程设计出周期一定而占空比可调的脉冲波，也就是实现PWM功能进行设计，它可以代替模拟电路的PWM脉冲信号发生器。 关键词单片机 PWM 数字控制 PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的英文缩写，它是开关型稳压电源中按稳压的控制方式分类中的一种，而脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。 简单的说，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。理论上讲就是电压或电流源以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的，通的时候就是电源被加到负载上，断的时候就是供电被断开的时候，所以PWM信号仍然是数字的。要想达到这样一种脉宽调制效果，模拟电压和电流时可以直接控制。例如音响的音量控制，在简单的模拟电路中，它的控制是由连接了一个可变电阻的旋钮来实现的，其过程是拧动旋钮，电阻值变小或变大，流过该电阻的电流也随之增加来减小，从而改变驱动扬声器的电流值，那么声音也就相应变大或变小。从这个例子来看，模拟控制是直观而简单的，但是并不是所有的模拟电路都是可行并且经济的，其中很重要的一点就是模拟电路容易随时间漂移，它的调节过程就很困难，为了解决问题就要增加很多的电路，使得电路变得复杂并且昂贵。除此之外，模拟电路中许多的元器件会发热，也就相对提高了电路的功耗，并且对噪声也敏感，任何干扰或噪声都会改变电流值的大小。 综上所述，通过数字方式来控制模拟电路可以大幅度降低系统的成本和功耗，而单片机I/O口的数字输出可以很简单地发出一个脉冲波，在配以外部元器件就可以调节脉冲波的占空比，完成PWM的功能。本文主要介绍利用89S52系列的单片机，控制某个I/O口中一个管脚的数字输出，生成相应周期的脉冲波，并利用按键控制其占空比的调节，包括了占空比自小到大和自大到校的顺序及倒序可调，其调节范围广，操作简便，各元器件间的干扰较小，对模拟电路的控制十分有效。 1.PWM波的生成 PWM波既为数字输出，就是其幅值只有高电平（ON）和低电平（OFF）之分，所以只要使单片机中作为PWM波输出端的那个管脚输出“1”和“0”，并且搭配不同的时间段，就可以形成不同周期的PWM波。举例说明：若要生成周期为10ms的脉冲，就可以利用单片机编程指令控制其输出端输出“1”，并且保持一段时间tp，然后再输出“0”，同样使其保持一段时间tr，两种数字输出保持的时间必须要满足，现就已生成10ms周期的脉冲波，而PWM波与该脉冲波的区别就是还要能够调节占空比。占空比是指正半周脉宽占整个周期的比例，即高电平保持时间于周期的比值，该比值为百分数（），因此在周期一定的情况下，调节占空比就是调节高电平保持的时间。 2.应用编程 本文介绍的PWM波是利用单片机定时中断去确定脉冲波的周期，并且通过两个按键自增和自减某个变量送至中断中，通过此变量去分配高低电平各自占用的时间，形成不同的占空比，即假设一个周期满额比例值为10，则高电平保持时间的比例为该变量值，那么低电平保持时间的比例就是10减去该变量值。 如图1所示为单片机的外部接线图，其中省略了单片机最小系统，此图即可利用89SC52单片机设计出满足周期为10ms、初始占空比为50%、占空比调节范围为0～100%的PWM脉冲信号发生器。占空比调节范围是指高电平保持时间为0～10ms，那么低电平保持时间就是10ms～0。P0.7脚为PWM波输出口，作为PWM脉冲信号发生器可连接其它电路，本文仅连接示波器去观察波形的占空比变化情况，P2.0脚为自增按钮控制端，每按一次高电平保持时间增加1ms，P2.1脚为自减按钮控制端，每按一次高电平保持时间减少1ms。图2所示为初始