基于FPGA的多功能波形发生器的设计

价值工程区，裂隙水出露于隔槽式宽缓喀斯特峰丛地区大型盆地边缘、深切峡谷、河谷岸坡等地带上，碳酸盐主要为石炭系、二迭系、三迭系等较纯碳酸盐岩，裂隙水发育深度大，多以流量较大的季节性泉出露，流量变化大。

④表层带喀斯特水发育程度与生态环境的优劣关系密切。

通常在基岩裸露，生态环境不佳的地区，表层带喀斯特水的出露形式多为季节性泉，流量季节变化大，枯季断流；而在生态环境优良、植被覆盖率大的地区，表层带喀斯特泉水流量稳定，四季长流。

因此，大力开展退耕还林，坡改梯及封山育林等一系列生态治理工程，能极大地提高当地表层带喀斯特水的开发利用价值。

3表层带岩溶水的有效开发利用3.1开发利用条件贵州表层带岩溶水因其埋藏浅，分布泉点多，距村寨和山塘稻田近，所以，具有很好的开发利用条件。

对农村分散居民人畜饮水及小规模灌溉用水意义较大。

表层带岩溶水的开发利用一般是利用其天然露头点采取蓄水、提水、引水的方式开发利用。

但是，对于珠藏、高水地区而言，除地貌条件外，森林植被覆盖层是表层带岩溶水的主要补给来源，生态水是植物根系所保持涵养的重要组成部分，包括叶、根、腐植层、母质及土壤层、岩石强风化带等。

它既是维持森林生态正常生长的水体，也是一次性降水后不断释放出来的自由水体。

直接开发利用条件是森林土壤蓄水型，其对表层带岩溶水的延滞给水意义非常大。

表层带岩溶泉的流量受季节影响变化较明显，雨后涨水泉流量常可增大数倍至数十倍，而在旱季或特大干旱年，泉流量非常小甚至断流。

但在林区内的表层带岩溶泉一般不会干枯。

表层带岩溶泉的水质较好，有毒有害元素及细菌指标均不会超标，通常达到优质饮用水标准。

因此具有较高的开发利用价值。

3.2开发利用方式及供水意义贵州省表层带岩溶泉的利用，大体可分为利用天然露头点形式和人工开挖形式等两种形式。

利用方式则根据不同的地貌及森林植被条件又有差异，总体分为蓄、引，蓄、提和蓄、引、提、人工大井、人工隧洞、人工浅井、人工浅槽、人工小水窖等形式。

贵州省表层带岩溶水的开发利用方式多种多样，均能反映不同地貌部位和不同表层岩溶带结构类型，根据表层岩溶带的岩溶水形成、分布特征和开发利用条件，应因地制宜地利用表层带岩溶水，充分发挥农村分散小型供水的作用，使这一典型岩溶石漠化贫困地区农业生态环境得到改善。

根据野外调查统计结果，按天然露头形式评估表层带岩溶泉的供水价值，表层带岩溶泉的供水意义优劣次序分别为：接触带表层带岩溶泉；缓斜坡森林植被表层带岩溶泉，洼地（谷地）边缘冲积扇尾部表层带岩溶泉，缓坡平台表层岩溶带岩溶泉，冲沟口表层带岩溶泉等。

尤以接触带表层带岩溶泉和缓斜坡森林植被表层带泉供水意义较大。

按人工开挖形式评估，最具有供水意义的当属人工浅井、人工水槽、人工平硐及浅机井。

值得推广的表层带岩溶水开发利用方式为人工浅井和人工水槽、浅机井，因其投入成本低，成井率高，水量稳定，容易开发而被当地群众广泛使用。

尤其是在峰丛和缓丘的常绿乔木和灌丛、竹林中，表层岩溶带发育的溶沟溶槽和表土覆盖的溶隙中，可以在树丛之间开挖浅槽进行集水，对顶底面进行密封，这种表层带岩溶水细水长流，不受干旱气候的影响，供水水量有保证，水质好，且对生态环境无任何影响，可因地制宜地加以推广。

4结论贵州省典型的岩溶地貌及水文地质条件，使岩溶地下水成为严重疏干缺水区，然而由于高位向斜构造的托隔作用，使表层带岩溶水含水相对丰富，且具有较好的开发利用条件。

表层带岩溶水已被群众认识和广泛地利用，发挥了严重缺水的岩溶峰丛山区农村分散供水解决人畜饮用水的作用，在其开发利用过程中，应因地制宜、因时制宜地采取多途径多种方式的分散供水，同时应注意保护好当地的生态环境，才能实现人类表层带岩溶水资源的永续利用。

参考文献：[1]DREW D.Glossary of karstic terminology[A].COST Action Report，Hydro-geological Aspects of Groundwater Protection in Karstic Areas[R]. European Commission，1995.[2]张林.贵州大小井地下河流域表层岩溶带结构及岩溶水开发[J].贵州地质，2004，1（78）：54-57.[3]韩至钧，金占省.贵州省水文地质志[M].北京：地震出版社，1996.基于FPGA的多功能波形发生器的设计The Design Based on FPGA Multifunction Waveform Generator黄小翰Huang Xiaohan（茂名职业技术学院，茂名525000）（Maoming Vocational Technical College，Maoming525000，China）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。

Abstract:It mainly study of the problems of FPGA and VHDL language use,using multi-function digital waveform generator with top-down design idea.Digital waveform generator design based on FPGA design and VHDL programming integrated in an Altera's EPF10K10LC84-3chip,the required wave is obtained after the output of the8-bit data through the D/A converter and filter circuit.Frequency ranges from100~1000Hz conditioning step,the smallest step is100Hz.System frequency has wide range,high precision of frequency and amplitude.关键词：FPGA；VHDL；EDA；波形发生器Key words:FPGA；VHDL；EDA；waveform generator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。

1EDA简介1.1EDA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。

完成对于特定目标芯片·232·Value Engineering的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。

1.2EDA的工程设计流程电子设计的全过程分为物理级、电路级和系统级三个设计层次，涉及的电子系统从低频、高频到微波，从线性到非线性，从模拟到数字，从通用集成电路到专用集成电路构造的电子系统。

EDA技术采用系统级的设计方法，其设计流程如图1所示。

①源程序的编辑:利用文本编辑器或图形编辑器，将设计用文本方式或图形方式表达出来。

常用的源程序输入方式有原理图输入、HDL文本输入和状态图输入。

②逻辑综合和优化：逻辑综合的功能是将软件描述与给定硬件结构联系起来，也就是HDL、原理图或状态图的描述，针对给定硬件结构组件进行编译、优化、转换和综合，最终获得门级电路甚至更底层的电路描述文件。

③目标器件的布线/适配：适配器的功能是将逻辑综合后产生的网表文件配置到指定的目标器件中，并产生最终的下载文件。

④目标器件的编程/下载：如果编译、综合、布线/适配和行为仿真、功能仿真、时序仿真等过程都没有发现问题，也就是说满足原设计的要求，这时就可以通过编程器或下载电缆将布线/适配器产生的配置/下载文件载入目标芯片FPGA或CPLD中。

2多功能波形发生器的设计2.1多功能波形发生器多功能波形发生器采用FPGA器件作为核心控制部件，精度高稳定性好，得到波形平滑，特别是由于FPGA的高速度，能实现较高频率的波形。

控制上更方便，可得到较宽频率范围的波形输出，步进小。

波形数据使用Matlab计算，Matlab 能对数据进行四舍五入，得到的数据误差较小，且编程简单，修改容易，调用方便。

计算正弦波及指定函数波的N点采样值，然后写入到ROM中待用。

通过预置FPGA的分频系数以及改变相位进步实现对输出频率的调节，并可以等步进调频。

幅度调节采用高精度的电位器调节。

2.2单元电路分析与设计2.2.1输出信号频率的产生。

输出信号的频率由触发信号的频率决定，触发信号的频率由50MHZ的信号分频率得到，分频率系数由选择模块产生。

本文设计的波形频率f从100-1000Hz，步进为100Hz，因此，有100Hz、200Hz、300Hz……900Hz、1000Hz等10种频率。

每种频率的波形的一个周期都要输出64个离散点，故时钟触发信号的频率fc=64×f。

该模块将频率选择模块的输出信号送到一个分频程序（FANA）进行分频，就得到分频时钟信号。

2.2.2幅度调节的原理及实现。

直接对数模转换芯片的电阻网络的基准电压进行调节，DAC0832的基准电压为±15V，理论上输出波形的幅度范围±15V。