【正文】 1 EDA 課程設(shè)計報告 題目： 簡易信號發(fā)生器 姓名： XXX 班級： 10 級通信一班 學(xué)號： XXXXXXXXXXXX 同組人： XXX 指導(dǎo)老師：鄭亞民、董曉舟 2 目錄 一、 課程設(shè)計內(nèi)容及要求 （一） 設(shè)計內(nèi)容 （二）設(shè)計要求 二、 系統(tǒng)原理介紹 （一）直接數(shù)字頻率合成（ DDS） 相位累加器 查找表 （二） 波形選擇模塊 （三）幅度控制 乘法電路 除法電路 （四）消除按鍵抖動 三、系統(tǒng)方案論證及設(shè)計 （一）方案論證 （二）系統(tǒng)設(shè)計 按鍵分配 直接數(shù)字頻率合成設(shè)計模塊（含頻率控制） 數(shù)碼管模塊 （顯示頻率值） 3 波形選擇模塊 幅度控制模塊 DAC 模塊電阻的選擇 四、系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 （一） 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 （二）仿真實驗與結(jié)果分析 Quartus Ⅱ仿真結(jié)果 示波器波形顯示 結(jié)果分析 五、總結(jié)與體會 （一）設(shè)計總結(jié) （二）個人體會 4 一、 課程設(shè)計內(nèi)容及要求 （一） 設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)直接數(shù)字頻率合成原理設(shè)計簡易信號發(fā)生器， 焊接 DAC并將其和 FPGA 連接，將程序下載到實驗板上實現(xiàn)所要求的功能。 （二） 設(shè)計要求 設(shè)計的信號發(fā)生器要求頻率可調(diào)，頻率調(diào)節(jié)通過按鍵的操作來實現(xiàn)，并且將 頻率顯示在數(shù)碼管上。 輸出波形可選，要求產(chǎn)生正弦波、三角波、矩形波，并選擇其中一種波形輸出。 輸出波形幅度可調(diào)，也是通過按鍵操作實現(xiàn)。 二、 系統(tǒng)原理介紹 本課程設(shè)計完成簡易信號發(fā)生器的功能，可以在正弦波，方波，三角波三種波形進行轉(zhuǎn)換，可以通過按鍵的選擇輸出波形?？梢酝ㄟ^頻率控制字按鍵輸出信號的頻率，通過幅度控制字按鍵控制呢輸出信號的幅度。再將輸出信號的頻率顯示在數(shù)碼管上。 頻率的選擇通過直接數(shù)字頻率合成（ DDS）完成 將編寫好的程序 下載到 FPGA 里，最后在示波器上進 行觀察，分析計算波形的失真。 (一 ) 直接數(shù)字頻率合成（ DDS） DDS 技術(shù)是一種把一系列數(shù)字量形式的信號通過 DAC 轉(zhuǎn)換成模擬量的信號合成技術(shù)，它是將輸出波形的一個完整周期、 5 幅度值都順序地存放在波形存儲器中，通過控制相位增量產(chǎn)生頻率、相位可控的波形。 DDS 電路一班包括基準(zhǔn)時鐘、相位增量寄存器、相位累加器、波形存儲器和低通濾波器等模塊。如圖所示： 相 位 控制 字頻 率 控制 字查 找 表 地址 生 成時 鐘 源相 位 寄存 器加 法 器N 位 累加 器波 形 輸出信 號 查找 表 DDS 原理圖 相位累加器 把各個波形在 相位上的精度定義為 n，于是分辨率相當(dāng)于 1/2^n。用時鐘頻率 fp 依次讀取數(shù)字相位上圓周上各點，這里數(shù)字值作為地址，讀出相應(yīng)的 ROM 中的值，然后經(jīng)過 DAC 重構(gòu)各個波形。每隔一個頻率控制字 K，讀取一個 ROM 表的值，這樣 DAC 輸出的波形 f 就等于“基頻” fclk/2^n 的 K 倍，即 DAC 輸出的波形的頻率滿足下式：f=K(fclk/2^n)。 查找表 查找表的數(shù)據(jù)可用 matlab 軟件產(chǎn)生 （二） 波形選擇模塊 6 三個 ROM 查找表分別產(chǎn)生三個波形的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)需要輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為此，設(shè)計一個三選一的選擇電路，這樣就可以 根據(jù)需要，讓相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)輸出到 DAC 的輸入端，從而最后產(chǎn)生所需的波形。 （三） 幅度控制 輸出波形幅度可調(diào)，最小幅度步進 100mv。 本實驗設(shè)計使用一個乘法器，是輸出波形幅度可以增大，當(dāng)增大到最大值時，再增大幅度就會回到最初的最小值。 （四） 消除按鍵抖動 消除按鍵抖動的時間為 510ms，本設(shè)計選擇 8ms。即將 時鐘進行分頻，產(chǎn)生周期 8ms 的時鐘信號。即每 8ms 將按鍵值輸出一次。 三、 系統(tǒng)方案論證及設(shè)計 （一） 方案論證 本設(shè)計要求頻率步進 1KHZ，在產(chǎn)生 1KHZ 的信號的波形失真不能過高?？紤]到系統(tǒng)時鐘為 24MHZ，如果采用 ROM 查找表的 DDS 設(shè)計方法， ROM 表的數(shù)據(jù)至少要用到 2048 個，再設(shè)計上很難實現(xiàn)，因此本設(shè)計僅僅采用 64 個數(shù)據(jù)，將時鐘分為 256KHZ，這樣產(chǎn)生的信號步進為 1KHZ。 設(shè)計要求幅度可調(diào)，最高幅度 ，根據(jù) U/(2^M)*K 設(shè)計思想，M=5，完成精度為 的幅度調(diào)節(jié)。 （二） 系統(tǒng)設(shè)計 按鍵的分配 7 Key1:增頻按鍵 短按步進為 1KHZ，長按步進為 10KHZ Key2:減頻按鍵 短按步進為 1KHZ，長按步進為 10KHZ Key3:波形選擇按鍵 一個循環(huán)為按四次，一個循環(huán)內(nèi)每按一下按鍵變換一種波 形，第四次為零電平。 Key4:調(diào)幅按鍵 短按為慢調(diào)，長按為快調(diào) 頻率調(diào)節(jié)和數(shù)碼管顯示 設(shè)計時將直接數(shù)字頻率合成（含頻率控制）模塊和數(shù)碼管顯示模塊一起封裝生成 sin_tri 一個模塊 波形選擇 8 幅度調(diào)節(jié) DAC 的設(shè)計 根據(jù)要求， D/A 轉(zhuǎn)換模塊使用分立元件組合而成，放大器使用LM324， D7D0 為八位數(shù)據(jù)輸入口， D7為高位， D0 為低位。 D/A模塊電路圖如圖 7 所示。 圖 7. D/A 轉(zhuǎn)換模塊電路圖 根據(jù)公式 u0=Rf(ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3+?) 計算出 R43=2*R44=4*R45=8*R46=16*R47=32*R48=64*R49=128*R50 R50=2*R42 因此可以選取 R40= R41= R42= 1kΩ R43= 256kΩ R44= 128kΩ R45= 64kΩ 9 R46= 32kΩ R47= 16kΩ R48= 8kΩ R49= 4kΩ R50= 2kΩ 四、系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 （一）系統(tǒng)仿真與調(diào)試 在 QuartusⅡ 上進行編譯仿真，利用示波器觀察波形，按下不同的按鍵觀察示波器上波形的變化。 （ 二）仿真實驗與結(jié)果分析 設(shè)計總的電路圖 QuartusⅡ仿真結(jié)果 示波器所示波形 10 方波 改變幅值后的方波 11 正弦波 三角波 結(jié)果分析 分析結(jié)果可知，當(dāng)頻率增大時，波形失真增大，這是因為一個周期內(nèi)取得點少了。 五、 總結(jié)與體會 本次試驗總的來說還 是不太容易，盡管學(xué)過 EDA，但是沒有設(shè) 12 計過復(fù)雜的系統(tǒng)，對本次設(shè)計的框架也不是很清楚，需要一點一點摸索。其次，以前沒有接觸過 FPGA 芯片，并且對 QuartusⅡ 的引腳配置、程序下載都不是很清楚，這就需要一點點學(xué)習(xí)怎樣將程序下載到板子上。 在實驗調(diào)試過程中，得出一個結(jié)論，本次設(shè)計 DAC的焊接很重要。一開始 DAC焊接的不是很理想，導(dǎo)致波形失真很大，后來經(jīng)過調(diào)整，終于得到想要的效果，可又因為插拔次數(shù)過多又出現(xiàn)了失真??真可謂一波三折。雖然過程很辛苦，不過最終的結(jié)果還是比較讓人滿意的。 14 大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 撰寫規(guī)范 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）是學(xué)生在畢業(yè)前提交的一份具有一定研究價值和實用價值的學(xué)術(shù)資料。它既是本科學(xué)生開始從事工程設(shè)計、科學(xué)實驗和科學(xué)研究的初步嘗試，也是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，對所進行研究的適當(dāng)表述，還是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)定的重要依據(jù)。畢業(yè)論文撰寫是本科生培養(yǎng)過程中的基本訓(xùn)練環(huán)節(jié)之一，應(yīng)符合國家及各專業(yè)部門制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，符合漢語語法規(guī)范。指導(dǎo)教師應(yīng)加強指導(dǎo)，嚴(yán)格把關(guān)。 論文結(jié)構(gòu)及要求 論文包括題目、中文摘要、外文摘要、目錄、正文、參考文獻、致謝和附錄等幾部分。 題目 論文題目應(yīng)恰當(dāng)、準(zhǔn)確地反映論文的主要研究內(nèi)容。不應(yīng)超過 25 字，原則上不得使用標(biāo)點符號，不設(shè)副標(biāo)題。 摘要與關(guān)鍵詞 摘要 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）的摘要均要求用中、英兩種文字給出，中文在前。 摘要應(yīng)扼要敘述論文的研究目的、研究方法、研究內(nèi)容和主要結(jié)果或結(jié)論，文字要精煉，具有一定的獨立性和完整性，摘要一般應(yīng)在 300 字左右。摘要中不宜使用公式、圖表，不標(biāo)注引用文獻編號，避免將摘要寫成目錄式的內(nèi)容介紹。 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞是供檢索用的主題詞條，應(yīng)采用能覆蓋論文主要內(nèi) 容的通用技術(shù)詞條（參照相應(yīng)的技術(shù)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)），一般列 3～ 5 個，按詞條的外延層次從大到小排列，應(yīng)在摘要中出現(xiàn)。 目錄 目錄應(yīng)獨立成頁，包括論文中全部章、節(jié)的標(biāo)題及頁碼。 15 論文正文 論文正文包括緒論、論文主體及結(jié)論等部分。 緒論 緒論一般作為論文的首篇。緒論應(yīng)說明選題的背景、目的和意義，國內(nèi)外文獻綜述以及論文所要研究的主要內(nèi)容。 文管類論文的緒論是畢業(yè)論文的開頭部分，一般包括說明論文寫作的目的與意義，對所研究問題的認(rèn)識以及提出問題。緒論只是文章的開頭，不必寫章號。 畢業(yè)設(shè)計（論文）緒論部分字?jǐn)?shù)不多于全部論文字?jǐn)?shù)的 1/4。 論文主體 論文主體是論文的主要部分，要求結(jié)構(gòu)合理，層次清楚，重點突出，文字簡練、通順。論文主體的內(nèi)容要求參照《大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定》第五章。 論文主體各章后應(yīng)有一節(jié)“本章小結(jié)”。 結(jié)論 結(jié)論作為單獨一章排列，但不加章號。 結(jié)論是對整個論文主要成果的歸納，要突出設(shè)計（論文）的創(chuàng)新點，以簡練的文字對論文的主要工作進行評價，一般