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简易信号发生器的设计实现

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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

2、 设计方案

（1） 设计思想

本设计基于VHDL编程，采用模块化电路进行整合。系统各模块所需工作时钟信号由输入系统时钟信号经分频后得到，系统时钟输入端应满足输入脉冲信号的要求。组合波形信号经显示模块输出。具备幅度和频率可调功能，幅度可通过电位器调整，频率控制模块则是一个简易的计数器，控制步径为100HZ的可调频率，最终送至脉冲发生模块输出脉冲信号，达到设计课题所要求的输出波形频率可调及幅度可调功能。幅度可调功能由于比较简单，可以在FPGA外部利用硬件电路实现。

1KHZ

图1 总体设计框图

（2） 设计方案

采用DDS（直接数字频率合成器）来设计，设计总体框图如图2所示。DDS器件采用高速数字电路和高速D/A 转换技术，具有频率转换时间短、频率分辨率高、频率稳定度高、输出信号频率和相位可快速程控切换等优点，所以，我们可以利用DDS具有很好的相位控制和幅度控制功能，另外其数据采样功能也是极具精确和完善的，它可以产生较为精确的任何有规则波形信号，可以实现对信号进行全数字式调制。用FPGA和DDS实现信号调制，既克服了传统的方法实现带来的缺点，若采用它来编程设计，必定会事半功倍，且使设计趋于理想状态。

DDS的主要参数间的关系如下：

频率分辨率=系统时钟频率/2^12；

频率控制字（FTW）=f*2^12/T； 控制电路 正弦波、方波、三角波信号产生模块 波形组合选择模块

幅度控制/电位器

频率控制模块/计数器模块 滤波电路

FPGA 输出电路

100HZ~1KHZ

合集下载

简易信号发生器设计

简易信号发生器设计

1

简易信号发生器设计 模拟电子技术课程设计

题 目：简易信号发生器

系 别：电子科学系

专 业：电子信息科学与技术

班 级：

姓 名：

学 号：

指导老师：

2011.06.28 2 一、设计目的

1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术；

2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用；

3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。

二、设计要求与技术指标

设计要求

1、分析电路组成及工作原理；

2、单元电路设计计算；

3、采用RC桥式正弦波振荡器

4、画出完整电路图；

5、调试方法；

6、小结与讨论。

技术指标

失真度： γ<= 5%

频率范围：20Hz~20KHz

输出电压：不小于1V有效值（方波VP-P≤24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS）。

三、方案提示

设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。如下框图所示。

四、电路设计的一般过程

1、总体方案

所谓总体方案是用具有一定功能的若干单元电路构成一个整体，以满足课题题目所提出的要求和性能指标，实现各项功能。

方案选择就是按照系统总的要求，把电路划分成若干个功能块，得出能表示单元功能的整机原理框图。按照系统性能指标要求，规划出各单元功能电路所要完成的任务，确定输出与输入的关系，确定单元电路的结构。

总体方案往往不止一个，应当针对糸统提出的任务、要求和条件，进行广泛调查研究，大量查阅参考文献和有关资料，广开思路，要敢于探索，努力创新，提出若干不同方案，仔细分析每个方案的可行性和优缺点，反复比较，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。

框图应能说明方案的基本原理，应能正确反映系统完成的任务和各组成部分的功能，清楚表示出系统的基本组成和相互关系。 3 方案选择必须注意下面两个问题：

简易函数信号发生器

简易函数信号发生器

- 1 - 模拟电子技术课程设计任务书

系： 年级： 专业：

指导教师姓名 学生姓名

课题名称 简易函数信号发生器

内

容

及

任

务

一、设计任务和要求

（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；

（2）输出信号的频率要求可调；

（3）拟定测试方案和设计步骤；

（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；

（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；

（6）测量输出信号的幅度和频率；

（7）撰写设计报告。

二、设计内容

设计一个电路能够产生正弦波、方波和三角波等三种波形。

三、技术指标

频率范围：100Hz~1KHz 1KHz~10KHz；

输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。

主要参考资料 1 康华光 电子技术基础 5版 北京:高等教育出版社 2006

2 电路设计Protel 99及仿真 北京:中国铁道出版社 曾祥富主编 2000

3 Protel 99 SE 原理图与PCB及仿真 清源计算机工作室 编著 机械工

业出版社 2004.1

- 2 - 目 录

第1章 绪论………………………………………………… （3）

第2章 函数发生器原理框图及总体框图

2.1总体框图………………………………………………… （4）

2.2 函数发生器方案选择…………………………………… （5）

第3章 各部分电路设计及总电路图

3.1 正弦波产生的工作原理………………………………… （6）

3.2 方波和三角波产生的工作原理………………………… （7）

3.3 简易信号发生器总电路图……………………………… （10）

第4章 EWB电路仿真及仿真结果

基于Multisim的简易信号发生器的设计

基于Multisim的简易信号发生器的设计

基于Multisim的简易信号发生器的设计

随着计算机技术的发展，基于计算机教学的现代教育技术正发挥着越来越重要的作用。虚拟电路仿真软件Multisim如同一个虚拟的电子实验室，能够方便快捷的进行各种功能电路的分析、设计、改进等。本文将介绍利用Multisim提供的仿真试验平台进行简易信号发生器的设计过程。

1 简易信号发生器的原理分析

图1所示为简易信号发生器的框图，首先由振荡器产生正弦波，然后通过比较器得到方波，最后经积分器产生三角波。

图1 总体设计框图

本文采用RC串并联网络构成的RC桥式振荡电路产生正弦波。RC正弦波振荡电路结构简单，性能可靠，用来产生1兆赫兹以下的低频信号，振荡频率fo=■。产生电路过零比较器组成。三角波产生电路反相积分器构成，此电路的输出电压为输入电压对时间的积分，且相位相反，此电路能够将方波转变为三角波。

2 利用Multisim对简易信号发生器进行仿真

在Multrisim2001的仿真平台绘制简易信号发生器的仿真电路图，如图2所示。对图2进行仿真分析，通过示波器看到正弦波和方波波形如图3所示。从示波器可以读出，正弦波的频率为f≈158.7Hz，理论计算值为fo=■=■≈159.2Hz，仿真实验和理论值相符。通过示波器观察到的方波和三角波的波形如图4所示。

图2 简易信号发生器仿真图

图3 产生的正弦波和方波

图4 产生的方波和三角波

3 结束语

通过上述分析可见，利用Multisim仿真平台进行电子技术设计型实验，改变了利用电子元器件、仪器等物质手段的传统设计型实验教学模式，具有开发性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等特点。

FPGA VHDL 简易波形发生器 简易信号发生器 EDA课设

FPGA VHDL 简易波形发生器 简易信号发生器 EDA课设

武汉理工大学《能力拓展训练》课程设计说明书

1 简易信号发生器

1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泛的应用。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波等，在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的信号发生器。

本设计采用FPGA来设计制作多功能信号发生器。该信号发生器可以产生锯齿波、三角波、方波等波形。

2 FPGA简介

FPGA（Field－Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

与传统们阵列和掩模可编程门阵列(MPGA)相比，FPGA具有很多的优点，传统门阵列可以用来设计任何电路，但是只能在工厂中一次性编程，而且还需要针对该电路的特定的掩模。FPGA是标准通用器件。使用其代替MPGA，可以将设计时间由几个月缩短至几小时，并且使设计更加简单，从而减少了错误修改和设计指标变更的花费。

FPGA器件在结构上，由逻辑功能块排列为阵列，它的结构可以分为三个部分：可编程快CLB（Configurable Logic Blocks）、可编程I/O模块IOB（Input Block）和可编程内部连线PI（Programmable Interconnect）。CLB在器件中排列为阵列，周围有环形内部连线，IOB分布在四周的管脚上。

FPGA也存在缺点，FPGA中，每个可编程的点都有电阻和电容。电阻和电容的使用减慢了信号的传输速度，所以FPGA的速度比传统门阵列要低，而且，FPGA中互联延迟是武汉理工大学《能力拓展训练》课程设计说明书