第5章 测量用信号发生器(电子测量技术课件)
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信号发⽣器课程设计完整版多功能信号发⽣器摘要随着EDA技术以及⼤规模集成电路技术的迅猛发展,波形发⽣器的各⽅⾯性能指标都达到了⼀个新的⽔平。
Altera,Xilinx,AMD 等公司都推出了⽐较好的CPLD和FPGA产品,并为这些产品的设计配备了设计、下载软件,这些软件除了⽀持图形⽅式设计数字系统外,还⽀持设计多种数字系统的语⾔,使数字系统设计起来更加容易。
SOPC-NIOS EDA/SOPC实验开发系统是根据现代电⼦发展的⽅向,集EDA和SOPC系统开发为⼀体的综合性实验开发系统,除了满⾜⾼校专、本科⽣和研究⽣的SOPC 教学实验开发之外,也是电⼦设计和电⼦项⽬开发的理想⼯具。
整个开发系统由核⼼板SOPC-NIOSII-EP2C35、SOPC开发平台和扩展板构成,根据⽤户不同的需求配置成不同的开发系统。
采⽤CPLD/FPGA器件在QuartuesII 设计环境中⽤VHDL语⾔完成的波形发⽣器具有频率稳定性⾼,可靠性⾼,输出波形稳定等特点。
本⽂介绍了基于EDA技术的波形发⽣器的研究与设计。
在本课程设计中使⽤Altera公司的EP2C35系列的FPGA芯⽚,利⽤SOPC-NIOSII-EP2C35开发板⾼速AD/DA转换模块等资源,运⽤LPM-ROM制定的⽅法设计的波形发⽣器,利⽤4×4键盘阵列实现了正弦波,⽅波,三⾓波,以及锯齿波四种波形的输出及频率和幅度的控制,并利⽤液晶显⽰模块实现信号频率、波形和幅度的显⽰,经过实际下载到FPGA实验板上,设计要求已经完全实现。
关键字:FPGA;VHDL;EDA;QUARUS2;多功能信号发⽣器⽬录1.摘要-----------------------------------------------------------12.多功能发⽣器设计⽬的与设计的意义-------------------------------3 2.1多功能发⽣器设计⽬的---------------------------------------32.2多功能发⽣器设计的意义-------------------------------------33.多功能发⽣器课程设计的内容及相关要求---------------------------34多功能发⽣器设计的⽅案以及相关原理-----------------------------44.1. 多功能发⽣器设计的原理框图-------------------------------44.2 多功能信号发⽣器的实现的⽅案------------------------------44.21 频率产⽣模块------------------------------------------44.22 键盘控制模块------------------------------------------54.23 波形控制模块------------------------------------------64.24 16*16点阵显⽰模块和数码管显⽰模块--------------------74.25 ⽤LPM-ROM制定的波形数据的⽂件模块--------------------75.多功能发⽣器的仿真结果及波形------------------------------------86 多功能发⽣器设计的⼼得体会--------------------------------------87. 多功能发⽣器设计的参考⽂献-------------------------------------98.附录-----------------------------------------------------------10 附录A 多功能发⽣器的原理总框图-------------------------------10附录B 各个模块的相关程序-------------------------------------12B.1 频率控制模块的程序----------------------------------12B.2 键盘控制模块程序------------------------------------15B.3 波形控制模块程序------------------------------------18B.4 16*16点阵与数码管显⽰模块--------------------------20B.5 波形数据⽂件程序------------------------------------262.多功能发⽣器设计⽬的与设计的意义2.1 设计⽬的(1)掌握⽅波—三⾓波——正弦波函多功能发⽣器的原理及设计⽅法。
任务 1 认识信号发生器1.信号发生器的用途通常来说,信号发生器有以下几种用途:(1)激励源将信号发生器产生的信号作为电子设备的激励信号,如用音频信号源激励扬声器使其发声;为超声波探头提供激励脉冲信号使其发射超声波。
(2)信号仿真利用信号发生器仿真模拟设备在实际环境中可能收到的一些信号,并施加到被测设备上,以观察这些信号对设备的影响,如噪声信号、高频干扰信号等。
(3)标准信号源产生标准信号,用于对一般信号源进行校准,也称为校准源。
2.信号发生器的分类信号发生器的用途广泛,种类很多,满足在各种不同应用情况下的需求,例如,测试系统的稳态特性时,需要使用振幅、频率已知的正弦信号。
当测试系统的瞬态特性时,需要使用前沿时间、脉冲宽度和周期已知的矩形脉冲信号。
信号发生器有以下几种不同的分类方法。
(1)按用途分类按照用途的不同,信号发生器可分为专用信号发生器和通用信号发生器两类。
①专用信号发生器用于某种专用目的,能提供特殊的输出信号,其特性应适应于特定测量对象或测试场合的要求,如电视信号发生器、调频立体声信号发生器、编码脉冲信号发生器等。
②通用信号发生器适用于一般测试场合,如低频信号发生器、高频信号发生器、函数信号发生器等。
本书涉及的主要是通用信号发生器。
(2)按输出波形分类根据输出波形的不同,可分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等。
(3)按输出信号频率范围分类根据输出信号频率范围的不同,信号发生器可分为超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频信号发生器、甚高频(VHF)信号发生器、超高频(UHF)信号发生器等。
各种信号发生器输出信号的频率范围见表2-1-1。
表2-1-1 各种信号发生器输出信号的频率范围(4)按输出信号的类型分类信号发生器还可以按照输出信号的类型分类,如射频信号发生器 、扫描信号发生器 、频率 合成器 、噪声信号发生器 、脉冲信号发生器等 。
《电子测量技术基础》教学大纲一、说明1、课程的性质、地位和任务本课程为两专业的重要技术基础课,是电子信息工程和通信工程各专业课的必需先行课,为学生学习工作所需的专业知识做好准备。
2、教学的基本要求使学生了解和掌握电子测量仪器的工作原理和结构特点、能自己设计和应用测量电路。
基本内容包括模拟和数字的测量仪器、示波器、信号源、频率计、频谱分析仪、失真度测量仪、网络分析仪、逻辑分析仪、虚拟仪器、测量用电路等。
3、本课程的重点与难点重点:本课程的有关基本理论和基本概念;测量方法和数据处理的过程,减小测量误差的措施;常用测量仪器的原理、结构、操作和应用;对于各种被测电量和被测系统采用的不同测量原则和测量电路,及测量结果的表达。
难点:理解数据处理的根据,减小测量误差的方法的依据;理解各种仪器的原理与功能;对于不同测量对象和对测量速度与测量准确度的不同要求采用的不同测量配置与测量方法的掌握。
二、课堂教学时数及课后作业题型分配三、本文第一章绪论【教学目的】通过本章教学,使学生明确本课程的学科性质、基本内容和学习意义,掌握电子测量仪器与应用技术中一些常用术语的涵义及其相互区别,了解本门课程的教学要求和学习方法。
【重点难点】电子测量技术的研究对象及基本内容,测量、计量和电子测量仪器的概念,以及测量方法的意义。
第一节电子测量一、测量二、电子测量第二节电子测量的内容和特点一、电子测量的内容二、电子测量的特点第三节电子测量的一般方法一、按测量手续分类二、按测量方式分类三、按被测量的性质分类四、测量方法的选择原则第四节电子测量仪器概述一、测量仪器的功能二、测量仪器的主要性能指标三、电子测量仪器的分类第五节计量的基本概念一、计量二、单位制三、计量基准四、量值的传递与跟踪,检定与比对【思考题】1.叙述电子测量的主要内容。
2.选择测量方法时主要考虑的因素有哪些?3.叙述直接测量、间接测量、组合测量的特点,各举一两个测量实例。
4.解释偏差式、零位式和微差式测量法的含义,并列举测量实例。