基于fpga的函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)論-文庫吧
2025-05-16 15:32 本頁面
【正文】 體管、運(yùn)放IC等通用器件制作，更多的則是用專門的波形發(fā)生器IC產(chǎn)生。早期的波形發(fā)生器IC，如L803BA20R2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者互相影響。（3）利用單片集成芯片的波形發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形，達(dá)到較高的頻率，且易于調(diào)試。鑒于此，美國馬克西姆公司開發(fā)了新一代波形發(fā)生器，它克服了（2）中芯片的缺點(diǎn)，可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)，是上述芯片望塵莫及的。此波形發(fā)生器頻率高、精度好，因此它被稱為高頻精密波形發(fā)生器IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上都是優(yōu)選的器件。本設(shè)計(jì)的基本思路: Reset是復(fù)位鍵，但reset等于0時(shí)，信號發(fā)生器不產(chǎn)生任何函數(shù)，只有當(dāng)reset等于1時(shí)，才會產(chǎn)生相應(yīng)的波形；當(dāng)adress=”000”產(chǎn)生方波；當(dāng)adress=”001”產(chǎn)生階梯波；當(dāng)adress=”010”產(chǎn)生鋸齒波；當(dāng)adress=”011”產(chǎn)生三角波；當(dāng)adress=”100”產(chǎn)生正弦波；3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 該方案采用FPGA作為中心控制邏輯，由于其具有高速和邏輯單元數(shù)多的特點(diǎn)，因此可以由FPGA、DAC和I/V運(yùn)放直接構(gòu)成信號源發(fā)生器的最小系統(tǒng)。在該方案中通過FPGA控制DAC并直接向DAC發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就提高了所需波形的頻率并繞過了通用存儲器讀取速度慢的特點(diǎn)，再加上外部的開關(guān)按鈕就能夠簡單控制波形切換與頻率選擇。當(dāng)然，為了增加人機(jī)界面的交互性與系統(tǒng)功能，可以在原有的基礎(chǔ)上添加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和LED或LCD，這樣就能夠通過編程實(shí)現(xiàn)波形的任意性、幅度變化的靈活性時(shí) 鐘 系 統(tǒng) 控 制 器復(fù) 位波形選擇頻率選擇方波階梯波鋸齒波遞增鋸齒波遞減三角波正弦波TLC7528 I/V轉(zhuǎn)換運(yùn)放輸出分頻器 FPGA 系統(tǒng)方案圖函數(shù)發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì) 波形發(fā)生器制作過程中用到的硬件有: 5V的電源、以ALTERA公司生產(chǎn)的芯片，和以這個(gè)目標(biāo)芯片為核心的核心板，核心板上有穩(wěn)壓管及其供電系統(tǒng)、50MHZ的晶振、SDRAM：8Mbyte、Flash：2Mbyte，此外所有IO配置管腳通過插針引出，下載設(shè)計(jì)到目標(biāo)芯片時(shí)用到的并口下載數(shù)據(jù)線；還用到選擇波形的按鈕。由于這些波形產(chǎn)生都是在FPAG芯片中產(chǎn)生,產(chǎn)生的都是數(shù)字信號,比如三角波,它從00000000，CLK來一個(gè)上升延信號系統(tǒng)會自動給它加1，變成了00000001，再把這個(gè)8位二進(jìn)制的信號輸出來，這樣周而復(fù)始地工作。而FPGA只是數(shù)字信號處理器，在模擬信號轉(zhuǎn)換它是顯得很無助的。所以在它的輸出端接上一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。所以它由兩部分組成：數(shù)據(jù)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。FPGA芯片（數(shù)據(jù)產(chǎn)生）在本次設(shè)計(jì)方案中，F(xiàn)PGA芯片采用ALTERA公司生產(chǎn)的EPF10K10LC844型芯片。ALTERA 公司作為全球最大的可編程邏輯器件供應(yīng)商，可提供MAX7000S(E)、MAX7000A(AE)、MAX7000B、FLEX6000A、FLEX 10KA、FLEX 10KE 等系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可用于組合邏輯、時(shí)序、算法、雙端口RAM、FIFO的設(shè)計(jì)。在加上ALTERA 公司的MAX+pulsII 集成開發(fā)軟件，集設(shè)計(jì)輸入、處理、校驗(yàn)和器件編程于一體，集成度高，使用方便，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。MAX EPF10K10LC844 是一種復(fù)雜可編程邏輯器件，是84pinPLCC 封裝，另外還有其它類型的管腳和封裝，選擇性強(qiáng)，該IC 具有以下主要性能：（1）、嵌入式可編程邏輯器件，提供了集成系統(tǒng)于單個(gè)可編程邏輯器件中的性能；（2）、高密度：提供10000~250000 個(gè)可用門，6144~40960 位內(nèi)部RAM；（3）、低功耗：，、 下工作；（4）、高速度：時(shí)鐘鎖定和時(shí)鐘自舉選項(xiàng)分別用于減少時(shí)鐘延時(shí)/過沖和時(shí)鐘倍頻；器件內(nèi)建立樹形分布的低失真時(shí)鐘；具有快速建立時(shí)間和時(shí)鐘到輸出延時(shí)的外部寄存器；（5）、靈活的互連方式：快速、互連延時(shí)可預(yù)測的快速通道（Fast Track）連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)快速加法、計(jì)數(shù)、比較等算術(shù)邏輯功能的專用進(jìn)位鏈；實(shí)現(xiàn)高速、多輸入（扇入）邏輯功能的專用級聯(lián)鏈；實(shí)現(xiàn)內(nèi)部三態(tài)的三態(tài)模擬；多達(dá)六個(gè)全局的時(shí)鐘信號和四個(gè)全局清除信號；（6）、支持多電壓I/O 接口；（7）、強(qiáng)大的引腳功能：每個(gè)引腳都有一個(gè)獨(dú)立的三態(tài)輸出使能控制及漏極開路配置選項(xiàng)及可編程輸出壓擺率控制；FLEX10KA、10LE、10KS 器件都支持熱插拔；（8）、多種配置方式：內(nèi)置JTAG 邊界掃描測試電路，可通過外部EPROM、智能控制或JTAG 接口實(shí)現(xiàn)在電路重構(gòu)（ICR）；( 9 )、多種封裝形式：引腳范圍為84~600，封裝形式有TQFP、PQFP、BGA 和PLCC 等，同一封裝的FLEX 10K 系列器件的引腳相兼容。EPF10K10LC844管腳圖函數(shù)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)(1)、正弦波的設(shè)計(jì)FPGA輸出的數(shù)字信號需要經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成各種波形輸出。而由D／A轉(zhuǎn)換器
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