基于fpga的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(已修改)
2024-10-31 14:33 本頁(yè)面
【正文】 基于 FPGA的任意波形 信號(hào)發(fā)生器 海飛 陳海巍 陶志穎 波形發(fā)生器 ?波形發(fā)生器在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。 現(xiàn)在波形發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種： ? （ 1）用分立元件組成的波形發(fā)生器：通常是單一波形發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。 ? （ 2）可以由晶體管、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L803 BA20 R2207/2209等，它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有 300kHz，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，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(guó)馬克西姆公司開(kāi)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。 FPGA ?FPGA是英文 Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在 PAL、 GAL、 EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)特色： DDS技術(shù) DDS的技術(shù)及其原理 ?DDS的核心是建立在采樣定理的基礎(chǔ)上，首先要對(duì)需要產(chǎn)生的波形進(jìn)行采樣，將采樣值數(shù)字化后存入存儲(chǔ)器作為數(shù)據(jù)表，然后再通過(guò)查表將數(shù)據(jù)讀出，經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，把存入的數(shù)據(jù)重新合成出來(lái)。它是一種全數(shù)字化的頻率合成技術(shù)，由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)器 ROM、D/A轉(zhuǎn)換器以及低通濾波器（ LPF）構(gòu)成。 ?DDS的工作原理是 ： ?相位累加器根據(jù)參考時(shí)鐘 fc以頻率控制字 K進(jìn)行累加 ?將所得 N位的二進(jìn)制代碼，加上相位控制字P和波形控制字 W，取其高 L位作為 ROM的地址 ?將地址的相應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò) D位的 D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換 ?再將模擬信號(hào)通過(guò)低通濾波器平滑之后即是所合成的波形信號(hào)。 ? 每周期的最高采樣點(diǎn)數(shù)： M=fc/fo。 ? 波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的點(diǎn)數(shù)最長(zhǎng)為： 2L； ? 累加器最小相位增量： δ=2π/2N； ? 輸出信號(hào)頻率： fo=Kfc/2N。 ? 最小頻率步進(jìn)值： △ f=fc/2N。 設(shè)輸出信號(hào)的頻率為 fo， N位累加器的高 L位（ L=N）作為存儲(chǔ)器的地址位， 則有以下相關(guān)參數(shù)關(guān)系式
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