【正文】 鄭州輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 ____________________ ____________________ 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2012年06月22日 基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)鄭州輕工業(yè)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目 基于FPGA的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 專業(yè)、班級 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：要求學(xué)生使用硬件描述語言設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器的FPGA源程序，實(shí)現(xiàn)如下功能：設(shè)計(jì)智能信號(hào)發(fā)生器，要求實(shí)現(xiàn)正弦波、方波、三角波、遞增、遞減斜波和階梯波六種波形?；疽螅?掌握FPGA 的程序設(shè)計(jì)方法。 掌握硬件描述語言語法。 程序設(shè)計(jì)完成后要求在軟件中實(shí)現(xiàn)功能仿真。主要參考資料：姜雪松, 2007.[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.完 成 期 限： — 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 2013年 6月 18日26目 錄摘 要 I1 題目分析 12 方案選擇 2 波形函數(shù)發(fā)生方案對比選擇 2 波形函數(shù)輸出控制方式選擇 23 系統(tǒng)細(xì)化框圖 44 各模塊程序設(shè)計(jì)及仿真 5 遞增斜波模塊 5 遞減斜波模塊 6 三角波模塊 7 階梯波模塊 8 正弦波模塊 10 方波模塊 11 輸出波形選擇模塊 125 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試分析 146 設(shè)計(jì)總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 17附 錄 18基于FPGA的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)摘 要隨著基于CPLD的EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的重要性日益突出。作為一個(gè)學(xué)電子信息專業(yè)的學(xué)生，我們必須不斷地去了解更多的新產(chǎn)品信息，這就更加要求我們對EDA有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。信號(hào)發(fā)生器在我們的日常中有很重要的應(yīng)用，用VHDL語言去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)將會(huì)使我們對本學(xué)科知識(shí)可以更好地掌握。函數(shù)發(fā)生器是一種多波形的信號(hào)源，它可以產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波，甚至任意波形。本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于VHDL的采用自頂向下設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的信號(hào)發(fā)生器，該設(shè)計(jì)方法具有外圍電路簡單，程序修改靈活和調(diào)試容易等特點(diǎn)，并通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的正確性。關(guān)鍵字 FPGA VHDL 函數(shù)發(fā)生器1 題目分析要求設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，該函數(shù)發(fā)生器能夠產(chǎn)生遞增斜波、遞減斜波、方波、三角波、正弦波、及階梯波，并且可以通過選擇開關(guān)選擇相應(yīng)的波形輸出；系統(tǒng)具有復(fù)位的功能；通過按鍵確定輸出的波形及確定是否輸出波形。FPGA是整個(gè)系統(tǒng)的核心，構(gòu)成系統(tǒng)控制器，波形數(shù)據(jù)生成器，加法器，運(yùn)算/譯碼等功能。通過以上分析設(shè)計(jì)要求完成的功能，確定函數(shù)發(fā)生器可由遞增斜波產(chǎn)生模塊、遞減斜波產(chǎn)生模塊、三角波產(chǎn)生模塊、階梯波產(chǎn)生模塊、正弦波產(chǎn)生模塊、方波產(chǎn)生模塊和輸出波形選擇模塊組成，以及按鍵復(fù)位控制和時(shí)鐘輸入。由此可確定為：圖11 系統(tǒng)的總體原理框波形發(fā)生模塊時(shí)鐘clk復(fù)位reset波形輸出選擇模塊2 方案選擇 波形函數(shù)發(fā)生方案對比選擇波形函數(shù)發(fā)生是本設(shè)計(jì)的最重要的部分，實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生的途徑也有很多，因此必須選擇一種易于實(shí)現(xiàn)且精度高的方案，以此來提高本設(shè)計(jì)的實(shí)用性。方案一：通過單片機(jī)控制D/A，輸出三種波形。此方案輸出的波形不夠穩(wěn)定，抗干擾能力弱，不易調(diào)節(jié)，而且達(dá)不到題目要求的六種波形。方案二：使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。此方案，電路復(fù)雜，干擾因素多，不易實(shí)現(xiàn)。方案三：利用MAX038芯片組成的電路輸出波形。MAX038是精密高頻波形產(chǎn)生電路，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)確的三角波、方波和正弦波三種周期性波形，但無法實(shí)現(xiàn)階梯波和遞增遞減斜波的產(chǎn)生。方案四：利用在系統(tǒng)編程技術(shù)和FPGA芯片產(chǎn)生。用VHDL語言編寫程序，調(diào)試成功后下載至實(shí)驗(yàn)裝置的芯片上，再利用外接D/A轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)功能。此種方案完全可以生成設(shè)計(jì)要求的6種波形，而且通過軟件仿真可以直觀的觀測的輸出的波形參數(shù)，方便調(diào)試和更改波形參數(shù)，外圍電路簡單，減少器件損耗，精度高?；诜桨杆牡耐鈬娐泛唵稳菀讓?shí)現(xiàn)、波形產(chǎn)生精度高、易于仿真觀測調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器選擇方案四完成波形發(fā)生的全部功能。 波形函數(shù)輸出控制方式選擇方案一：控制多路D/A開關(guān)輸出方式此種方案為每一路輸出的波形函數(shù)使用一路D/A轉(zhuǎn)換后輸出，通過控制開關(guān)控制每一路D/A是否工作，決定輸出的波形。此種方案可以同時(shí)輸出多路波形，但是需要路D/A轉(zhuǎn)化器，外圍電路復(fù)雜，制作成本較高而且控制復(fù)雜。方案二：采用數(shù)據(jù)選擇器方式此種方案可以利用VHDL語言寫出數(shù)據(jù)選擇器，然后每種函數(shù)發(fā)生器的輸出和數(shù)據(jù)選擇器輸入相連接，通過控制開關(guān)選擇對應(yīng)的波形輸出。方案二完全可以得到方案一的設(shè)計(jì)要求，而且只需一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器就可以。電路不需要外部搭建，節(jié)約成本且控制簡單方便。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)候已經(jīng)完成8選1數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)制作，因此本次設(shè)計(jì)可以直接調(diào)用。方案三：采用數(shù)據(jù)分配器方式此種方案利用數(shù)據(jù)分配器的功能，通過控制開關(guān)選擇相應(yīng)的函數(shù)發(fā)生器模塊，使之產(chǎn)生相應(yīng)的波形輸出，并通過數(shù)據(jù)分配器的使能復(fù)位控制決定是否輸出波形，此種方案和方案二很相似，也能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的功能也具有方案二的優(yōu)點(diǎn)。基于方案二的設(shè)計(jì)簡便、節(jié)約制作元件和成本、控制簡便等優(yōu)點(diǎn)，選擇方案二作為波形函數(shù)輸出控制方式。