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基于FPGA的多通道高速波形发生器设计

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理
机
在 Ｄ Ｓ模 块 的 软 件 实 现 方 面 ， 用 Ｖ ｒｏ Ｄ 采 ｅｌ ｉ ｇ硬 件 描述 语言 编写 Ｄ） Ｉ Ｓ程序 ， 分利 用 Ｘ ｌ ｘ 司 的 充 ｉｎ 公 ｉ Ｉ Ｐ核使设 计变 得 简 单 。为 了提 高 Ｄ Ｓ模 块 的运 行 Ｄ 速度， 编写 软件 时对影 ｕ Ｄ 向Ｄ Ｓ运行 速 度 的关键 部 件 进行 了优化 ， 用 了流 水 线 技术 使 相 位 累加器 的运 采 行 速度有 了大 大提高 。 时 钟模 块 为整 个 系统 提 供 统 一 的时 钟 源 ， 使整 个 系统 达到 同步 。本 设 计 有 内 时钟 、 时钟 以及基 外
ａ ｐ ｉ ｅ ，ｕ ｉ ｇ ＤＤＳ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ ｃ ｅ ｅ ｉｈ — ｓ ｅ ｄ ｓｇ ａ ． Ｗ ａ ｅｏ ｍ ｅ ｅ ａｏ ｓ ｓ ＰＣＩ ｂ ｓ ｔ ｍ ｌ ｒ ｓｎ ｉ ｆ ｔｃ ｎ ｌｇ ｏ ａ ｈｉｖ ｈ ｇ ｐ ｅ ｉｎ １ ｖ ｆｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｕ ｅ ｕ ｏ ｃ ｍｍｕｎ ｃ ｔ ｔ ｈｅ ｈ ｓ ｏ ｕｔｒ ｈ ｓ ｏ ｕ ｅ ｙ ｓ ｎ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｍ ｍ ａ ｄ ｏ ｃ ａ ｅ ｔ ｅｗａ ｅｏ ｒ ｏ ｉａ ｅ ｗｉｈ ｔ ｏ ｔｃ ｍｐ ｅ ， ｏ ｔｃ ｍｐ ｔ ｒｂ ｅ ｄ ｎ ｏ ｔｏ ｏ ｎ ｓｔ ｈ ｎｇ ｈ ｖ ｆｒｎ
Ａｂ ｔａｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｃ ｉｖ ｌｉ—ｃ ｎ ｅ ｉｈ—ｓ ｅ ｄ ｗａ ｅｏ ｌ ｅ ｅ ａｏ ，ｔ ｅ ｗａ ｅｏ ｍ ｅ ｅ － ｓ ｒ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｍｕ ｔ ｈａ ｎ ｌｈ ｇ ｐ ｅ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｈ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｎ ａ ｏ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ＧＡ ，ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｉｈ —ｓ ｅ ｉｈ —ｐ ｅ ｉｉｎ ＤＡＣ ａ ｄ ｈ ｇ —ｓ ｅ ｄ ｏ ｅ ａｉｎａ ｔｒ ｉ ａ ｅ ｎ ＦＰ ｏ ｉｅ ｔ ｈｇ ｈ ｐｅ ｄ ｈ ｇ ｒ ｃｓｏ ｎ ｉｈ ｐ ｅ ｐ ｒｔ ｏ ｌ
４０ ｚ ５ ＭＨ 。构 成 有 源 低 通 滤 波 器 的 运 算 放 大 器 为 Ａ ８ ４ ， 的单位增 益 带宽 为 １ Ｈ ， 以满足 设计 Ｄ ０５ 它 Ｇ ｚ可 要求 。放 大滤波 电路 的 电路 图如 图 ２所示 。
２ ２６Ｋ ４ 立
图 ２ 放 大滤 波 电路 图
电源模 块 为整个 设计 提供 稳定 的 电源 。 由于 系 统需 要 的 电 源 电压 种 类 较 多 ， ５ 一５ ３ ３ 有 Ｖ、 Ｖ、 ．Ｖ、 ２ ５ １８ 以及 １２ 因此 采 用 了多 个 电源 芯 片 ， ． Ｖ、．Ｖ ．Ｖ， 包 括 Ｐ Ｎ ４ ５ 、Ｐ ６００和 Ａ Ｔ １５ 电源 模 块 Ｔ ００ ０ Ｔ Ｓ２４ Ａ １４ 。 Ｐ Ｎ ４ ５ 正 电压到 负 电压转 换器 ， Ｔ ０ ００是 具有 很宽 的输 出范 围 ， 出电压范 围 为 一１Ｖ～ 一 ．Ｖ， 输 ５ ３ ３ 同时有很 高 的效 率 ， 大转 换 效 率 可 达 到 ８ ％ 。 电源 芯 片 最 ０ Ｔ Ｓ２４ Ｐ６００是 高效 的开关 电压 转换 芯 片 ， 高转换 效 最
Ｍ ｕｌ —Ｃｈ ｎ ｅ ｇ ｅ ｄ Ｗ ａ ｅ Ｇｅ ｅ ａ ｏ １ ＦＰ ｌ ｉ ａ ｎ Ｉ Ｈｉｈ Ｓｐ ｅ ｖ ｎ ｒ ｔ ｒＯ３ ＧＡ
Ｌ ａ —ｑｕ ＩＸｉｎ ｉ
（ ｈｎ ａｉ ａ ｄ ｎｓａｉｎｏ Ｎ Ｓａ ｄＡｐｉ ｔ ｎ ，ｅｉ ０ ０ ８ Ｃ ｉ ） Ｃ ｉａＮ ｔ ｎｌ ｍｉｉｒｔ Ｇ Ｓ ｎ ｐ ｌａｉ ｓＢ ｉ ｇ １０８ ，ｈｎ ｏ Ａ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｊ ｎ ａ
系列 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ芯 片 ， 有 强 大 的 功 能 和灵 活 的配 置 方 具 式 。它具 有 ３ ５ ０个 逻辑 单 元 ，５６ ４６ １３０个 ｓｃ ， 大 ｌｅ最 ｉ
１ 达到 了 ４８个 ， 成存储 器 支 持 ５０ ｚ ０数 ４ 集 ０ＭＨ 时钟 ， ５０ Ｈ ｔ ｍ Ｄ Ｐｓｃ 以有强大 的运算能力 。高 ０ Ｍ ｚ ｒ ｅ Ｓ ｌｅ可 Ｘｅ ｉ 速高 精 度数 模 转换 器 ＭＡ ５８ Ｘ ８７是 精度 为 １ ４位 、 最
１ 引 言
波形 发生 器广 泛 应 用 于雷 达 、 信 、 通 测控 、 子 电
模块 、 放大 滤波模 块 以及 Ｐ Ｉ 口组成 。 Ｃ接
Ｄ Ｓ模块 是 系统 的核 心 ， 的性 能将 大大 影 响 Ｄ 它 整个 系统 的 性 能 。为 了达 到 ４ ０ Ｐ ０ ＭＳ Ｓ的数 据采 样
ｇ ｎ ｒ ｔ ｒｏ ｐｕ ｉｎａ ｆｔ ｙ ｅ ｅ ａｏ ｕｔ ｔｓｇ ｌｏ ｈｅ ｔｐｅ，ｆｅ ｕ ｎｃ ｎ ａ ｅ ｒ ｑ ｅ ｙ ａ ｄ ｐｈ ｓ ．Ｗ ａ ｅｏ ｍ ｅ ｒ ｔｒｃ ｎ ａｓ ｃ ｉｖ ｖ ｆｒ ｇ ｎｅａ ｏ ａ ｌｏ ａ ｈ ｅ ｅ ＡＭ ｄ— ｍｏ ｕｌｔｏ ａｉｎ，Ｆ ｍｏ ｕ ａ ｉｎ，ＡＳ ｍｏ ｕ ａ ｉｎ，ＰＳ ｍｏ ｕ ａｉ ｎ，Ｆ Ｍ ｄ ｌ ｔ ｏ Ｋ ｄ ｌｔｏ Ｋ ｄ ｌ ｔ ｏ ＳＫ ｄ ｌｔｏ ｍｏ ｕ ａｉ ｎ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｒ ｃ ｇｔ ｌＳ ｎ ｈｅ ｉｅ ； ｇ ｐｅ ｄ ｗａ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｒ Ｍｏ ｌｔｏ Ｄｉｅ ｔＤｉ ｉ ｙ ｔ ｓｚ ｒ Ｈｉｈ ｓ ｅ ｖ ｅ ｅ ａ ｏ ； ｄｕ ａｉｎ ａ
速率要 求 。设 计 中采 用 集 成锁 相 环 时 钟 产 生芯 片
ＩＳ４０， Ｃ ８ ３ 它的最 高输 出时钟 频率 为 ５０ Ｈ ， 出时 ０ Ｍ ｚ输 钟信 号的 抖动非 常小 ， 大 均 方 根周 期 抖 动为 ６皮 最
秒， 是一 款性能非 常优 良的时钟 芯片 。
图 ｌ 系 统 原理 框 图
２期
李献球 ： 于 Ｆ Ｇ 基 Ｐ Ａ的 多 通 道 高 速 波 形 发 生器 设 计
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了两 个 可 编 程 的 Ｄ Ａ 控 制 器 ， 输 速 度 达 到 了 Ｍ 传
１ ２ Ｂ ｓ 内部 有 六种 可编 程 的 ＦＦ ３ Ｍ ／。 ＩＯ存 储器 ， 以 可
动 为 ６ ｓ可 以满 足设计 要 求 。ＩＳ４０有两 种 配置 ｐ， Ｃ ８３
２ 波 形 发 生 器 实 现 方 案
系统 原理 框 图如 图 １ 示 。 所
波形 发 器 主 要 由 Ｄ Ｓ模 块 、 Ｄ 时钟 模 块 、 源 电
高工作频率为 ５０ Ｓ Ｓ的数模转换器 ， ０Ｍ Ｐ 是一款高速
高 精度数 模转换 器 ， 能够满 足 转换速 度和精度 要求 。
作者简介 ： 李献球 （ ９ １一） 男 ， １７ ， 湖南桃源人 ， 高级工程师 ， 主研方向 ： 卫星导航定位 。 收稿 日期 ：０ １ １—１ ２ １ 一ｌ ７
Ｄ Ｉ 码 ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ２ ７ ． ０ ２ ０ ．２ Ｏ 编 １ ．９ ９ ｊｉ ．０ ２— ２ ９ ２ １ ．２ ０ ５ ｓ
中图分类 号 ：Ｐ ０ 。 Ｍ ３ 文献标 识码 ： 文 章编号 ：０ ２— ２ ９ ２ １ ） ２～ ０ ３ ０ Ｔ ２６ Ｔ ９ ５ Ａ １０ ２ ７ （０ ２ ０ ０ ８ — ４
板 时钟 ， 内时 钟信 号 由时钟芯 片 ＩＳ ４ ０提供 ， 时 Ｃ ８３ 外
钟由 Ｓ ＭＡ接 口输 入 到系统 中 ， 板时钟 由上位 机提 基
供 。 时 钟 模 块 产 生 的 时 钟 频 率 要 可 以 达 到
４０ ｚ才能 满 足 输 出信 号 ４０ Ｐ ０ ＭＨ ， ０ ＭＳＳ的数 据 更 新
放 大滤 波模 块将 Ｄ Ａ输 出 的低 幅度 低功 率模 拟 信号 放大 到合适 的幅度 和功 率 ， 且 滤 除 信号 中 的 并 高频 杂波 。放大 滤波 电路 采用 二 阶有 源 低通椭 圆滤 波 器 实 现， 带 频 率 为 ４０ ｚ 通 ０ ＭＨ ，阻 带 频 率 为
１ ０Ｋ ０ ０ Ｑ ＿
之一 ， 几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器 。
波形 发生 器采 用 Ｘｌ ｘ公 司 生 产 的 Ｆ Ｇ 芯 片作 为 ｉｎ ｉ ＰＡ 控制 核心 ， 结合 高 速 高精 度数 模 转 换 器 和高 速 运 算
率必 须 大 于 ４ ０ Ｈ 。在 设 计 中， Ｄ ０Ｍ ｚ Ｄ Ｓ模 块 采用 Ｆ Ｇ 芯 片 Ｘ ４ Ｓ ３ 实现 Ｄ Ｓ硬件算法 ， Ｐ Ａ ＰＡ Ｃ Ｖ Ｘ ５来 Ｄ 用Ｆ Ｇ
第 ２期 ２１ ０ ２年 ４月
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Ｎ ． ｏ２
ＭＩ ＣＲ０Ｐ Ｒ０Ｃ Ｓ Ｓ ＥＳ ＯＲ
Ａｐ ．， ０ ２ ｒ ２ １
基 于 Ｆ Ｇ 的 多 通 道 高 速 波 形 发 生 器 设 计 ＰＡ
李 献球
（ 国卫 星 导航定 位应用 管理 中心 ， 中 北京 １０ ８ ） ０ ０ ８ 摘 要 ： 了产 生 多通道 的高 速信 号 ， 为 波形 发 生器 以 Ｆ Ｇ 为核 心 ， 合 高速 高 精度 数模 转换 ＰＡ 结 器 和高速 运 算放 大器 ， 用 Ｄ Ｓ技术来 实 现高速 信号 的产 生。波形 发 生器 采 用 Ｐ Ｉ 线 与上位机 采 Ｄ Ｃ总 进 行通 信 ， 位机 通过 发 送控 制命 令 改变 波形发 生器 输 出信 号 的 种类 、 上 频率 、 相位 。 波形发 生器 还 可 以进 行 Ａ 调 制 、 Ｍ 调 制 、 Ｓ Ｍ Ｆ Ａ Ｋ调 制 、Ｓ Ｐ Ｋ调 制和 Ｆ Ｋ调 制等 。 Ｓ 关键 词 ： 接数 字频 率合 成 （ Ｄ ） 高速 波形发 生 ； 号调 制 直 Ｄ Ｓ； 信
对抗 以及 现代 化仪 器 仪 表 等 领 域 ， 能够 为 电子 测 量
速率 ， 必须 采 用 高 速 的元 器 件 才 能 满 足 设 计要 求 。 尤其是 处理 核心 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ和数 模转换 器 的最高 工作频
工作提供各种激励信号 ， 和示波器 、 频率计、 电压表
一

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一种基于FPGA的多种波形发生器的设计

一种基于FPGA的多种波形发生器的设计

３ 任意波形的生成方法及其在 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中的实现
３１ 任 意 波 形 的形 成 ．
对 于产生 任 意波形 ，本文 设计 了 ２种方 法 ： 图法和公 式 法 。绘 图法 是根 据 实 际需要 画 出想得 到 的 绘
波形 图， 其特点是简单方便 ，但这种方法产生出来 的信号精度不是很高 。在绘 图法中 ， 主要用到 Ｍ ｔｂ ａ ａ ｌ 中的两个 函数 ，ｇ ｐ ｔ 鼠标输入图形 ） ｓｌ ｅ（ ｉ ｕ（ ｎ 和 ｐ ｎ 三次样条多项式拟合 ） ｉ ，结合这两个函数 ，可交互式 创建二维曲线 。 先用 ｇ ｐｔ ｉ ｕ 函数在 ｆ ｕｅ ｎ ｉ ｒ 图上选择一系列点Ｉ， ＇ 这样便可得到一些分散的数据点。 ｇ ｘ ）， ］ 为 了从这些分散的数据点 中找到其 内在 的规律性 ，需要对其进行样条平滑 ， 可运用 ｓｌ ｅ ｐｉ 函数来产生一系 ｎ 列数据点来逼近这些已知数据点 。结合 ｇ ｐｔ ｓｌ ｅ ｉ ｕ 和 ｐ ｎ 函数设计程序 ，就可 以根据需要画出任意波形。 ｎ ｉ 描述的数据点越多 ， 出的波形越接近真实波形 ； 输 而如果描述 的数据点较少 ， 则有可能改变波形形状及
下进 行线 性相 位 累加 ，当相位 累 加器 累加 满 量 ，就会 产生 １ 溢 出 ，完成 １ 周 期性 的动作 ，这 个周期 次 个
就是合成信号的 １ 个周期 ，累加器的溢 出频率也就是直接数字频率合成信号 的频率。其输出频率为 ． ，
参考时 频率 相位累 位数Ⅳ以 频率 字 钟 ， 加器 及 控制 之间的 是：ｏ × ／ 频率 辨率为： 关系 ｆ＝ ２， 分 Ｋ Ａ ． ２ 。由于基于直接数字频率合成技术的 ｆ＝ ／ ｏ 最大输出频率受乃奎斯特抽样定律ｐ 限制，因 此 ， Ｉ ２ 叫＝， 。 ／
基于FPGA多功能波形发生器的设计毕业设计论文 推荐

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江西师范大学科学技术学院J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T YS C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y C O L L E G E本科生毕业设计（论文）中文题目：基于FPGA多功能波形发生器的设计Design Of FPGA-based Digital Signal Generator声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

尽我所知，另文中已经注明引用的内容外，论文由本人独立完成。

为本文的研究做出了重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本声明的法律结果由本人承担。

本毕业设计是本人在江西师范大学科学技术学院读书期间在指导教师的细心指导下完成的，在此感谢为本文研究提供文献的集体及个人。

声明人学号：1008068027 声明人签名：朱忠浩签名日期：2014 年 3 月2 日基于FPGA多功能波形发生器的设计摘要本文所设计内容就是以FPGA为平台用VHDL语言设计多种波形系统来实现数字信号发生器的设计，FPGA严密性高，功能消耗较低，所占空间小，更可靠等特点，设计的时候可不必过于考虑硬件连接；本设计中采用VHDL语言进行系统描述，使数字信号发生器能产生正弦波、三角波、方波、等独立波形，而且对所产生的各种波形的频率及幅度的调节更为方便,还可用AD与低通实现数字电路到模拟电路的的转换。

关键词：多种波形发生器；FPGA；VHDL; QuartusⅡAbstractDigital signal transmitter as a test facility is an important part of information processing system. In the production of a wide range of application of life. This content is designed by Altera, based on FPGA design of digital signal generator, FPGA has a high density, low power consumption, small size, high reliability, cannot have too much to consider wher designing specific hardware connection; the design of the application of VHDL hardware description language to describe, so that the digital signal generator can produce sine, square, triangle, sawtooth waveforms of three independent,and is able to produce four waveforms by the frequency and amplitude adjustment. AD and low pass filter realize the change between digital electricity and simulative electricity.Key words：Digital Waveform Generator; FPGA；VHDL; QuartusⅡ目录声明 ........................................................................................................................................ 错误！未定义书签。

基于FPGA的多功能波形发生器的设计

基于FPGA的多功能波形发生器的设计

基于FPGA的多功能波形发生器的设计摘要：主要研究了采用FPGA 和VHDL 语言，运用自顶向下设计思想设计多功能数字波形发生器的问题。

数字波形发生器基于FPGA 设计，VHDL编程实现，集成在1 片Altera 公司的EPF10K10LC84-3芯片上，其输出的8 位数据通过D/A 转换并经滤波电路后即得所需波形。

频率可从100～1000Hz 等步进调节，最小步进100Hz。

系统频率范围宽，频率和幅度精度高。

关键词：FPGA；VHDL；EDA；波形发生器中图分类号：TN70 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）09-0232-020 引言电子设计的必由之路是数字化，这已成为共识。

在数字化的道路上，我国的电子技术经历了一系列重大的变革。

从应用小规模集成电路构成电路系统，到广泛地应用微控制器或单片机（MCU)，在电子系统设计上发生了具有里程碑意义的飞跃。

电子产品正在以前所未有的速度进行着革新，主要表现在大规模可编程逻辑器件的广泛应用。

在可编程芯片CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程门阵列）上实现电子系统的设计，必将成为今后电子系统设计的一个发展方向。

所以电子设计技术发展到今天，又将面临另一次更大意义的突破，即CPLD/ FPGA 在EDA（电子设计自动化）基础上的广泛应用。

本设计将采用基于VHDL的EDA设计来实现波形发生器的各种功能。

1 EDA简介1.1 EDA 技术的涵义 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写。

它是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、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系统到硬件系统的一门新技术。

EDA技术可以实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真。

EDA毕业论文(设计)--基于FPGA的波形发生器设计 光学测试课程设计 模版+附件(程序,图片等)

EDA毕业论文(设计)--基于FPGA的波形发生器设计 光学测试课程设计 模版+附件(程序,图片等)

摘要各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。

在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。

为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。

本次关于产生三角波或其它任意波形的设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。

该信号源的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。

关键词：正弦波；三角波；FPGA；ABSTRACTVarious signal is an important part of telecommunication field, including sine wave, triangle wave and square-wave etc is more common signal. In scientific research and teaching experiment often need this several signal generator. In order to test, research is convenient, develop a flexible application, complete functions, use convenient source is very necessary.This about produce triangle wave andotner different kinds of waves of design scheme, not only in theory and in practice can satisfy experiment requirement, and has a strong feasibility. The signal features are: small volume, price cheap and stable performance and achieve convenient, complete function.Keywords: sine wave;Triangle wave;FPGA;目录摘要 01.前言 (2)2.FPGA工作原理 (3)3.FPGA基本特点 (4)4.系统设计 (5)4.1设计要求 (5)4.2总体设计方案 (5)4.2.1方案比较 (5)4.2.2系统组成及工作原理 (6)5.单元电路设计 (8)5.1输入模块设计 (8)5.2波形发生模块的设计 (8)5.3关于D/A转换模块的设计 (9)5.4滤波电路模块的设计 (10)6.软件设计与仿真 (11)6.1软件设计思路 (11)6.2系统仿真 (11)7.系统测试 (13)7.1测试使用的仪器 (13)7.2测试方法 (13)7.3指标测试和测试结果 (13)8.设计总结 (14)参考文献 (15)附录 (16)1.前言波形发生器是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而备受人们青睐。