【正文】 動、醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能信號源。這些新一代臺式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。，臺式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。由于VXI總線的逐漸成熟和對測量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測量產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長，而且需要專門的VXI機箱的配套使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計算機語言的飛速發(fā)展也對任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動作用。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲器。.近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。2005年的產(chǎn)品N6030A能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHz的頻率。到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHz的DDS芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展。HP877OA實際上也只能產(chǎn)生8種波形，而且價格昂貴。這時期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。這種情況，主要表現(xiàn)為兩個突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時，需要采用較復(fù)雜的電路和機電結(jié)合的方法。波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。傳統(tǒng)的信號發(fā)生器大多采用專用芯片或單片機或模擬電路，成本高或控制方式不靈活或波形種類較少等不能滿足要求。而且，信號發(fā)生器的設(shè)計方法多，設(shè)計技術(shù)也越來越先進(jìn)。s economic and technological, the corresponding test equipment and test methods are also put forward higher requirements, and the signal generator has bee a vital test instrument.The article examines the several implementations of the function generator. And it has achieved the function generator which is pleted by direct digital frequency synthesis (DDS) technology . Through understanding the direct digital frequency synthesis (DDS) technology, this paper chose to the Altera Corporations’ FPGA chips as the core of design. The function generator which can produce sine, square wave, sawtooth wave was designed. It also used hardware description language Verilog HDL as development language. The paper described the design of the main module, such as direct digital synthesizer (DDS), waveform generation and modulation module. And the corresponding simulation results were also presented.At last, the simulation results of the whole system were presented, that is, sine, square, sawtooth waveform has been carried out. Experiments show that the function generator based on FPGA and direct digital frequency synthesis (DDS)technology has overcame the limitations of traditional methods and achieved a signal generator which can generate multiple waveforms and has facilitate FM, AM function.Keywords Function Genenrator Direct Digital Freguency Synthesizer FPGA Verilog HDL II 目 錄1緒論 1 1 1 1 2 22系統(tǒng)基本原理 4 4 4 DMA輸出方式 4 4 4 5 5 6 DDS原理 6 7 8 DDS頻率合成器優(yōu)缺點 8(FPGA) 9 FPGA簡介 9 FPGA特點 9 FPGA工作狀態(tài) 10 FPGA的編程技術(shù) 10 FPGA器件配置方式 11 11 Verilog HDL語言簡介 113系統(tǒng)軟件設(shè)計 13 13 Quartus II簡介 13 Quartus II設(shè)計流程 13 Quartus II系統(tǒng)工程設(shè)計 14 14 15 15 15 Diagram/Schematic File并添加模塊電路 16 Waveform File 16 17 18 FPGA系統(tǒng)設(shè)計流程 18 FPGA系統(tǒng)模塊設(shè)計 194系統(tǒng)模塊設(shè)計及仿真 21 21 DDS模塊設(shè)計 22 32位加法器 22 23 24 24 26 27 285系統(tǒng)調(diào)試 30 30 30結(jié)論 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄 35附錄1系統(tǒng)整體設(shè)計圖 35附錄2各模塊源程序 35徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)1緒論函數(shù)信號發(fā)生器是各種測試和實驗過程中不可缺少的工具，在通信、測量、雷達(dá)、控制、教學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。實驗表明，用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）設(shè)計實現(xiàn)的采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)的函數(shù)信號發(fā)生器，克服了傳統(tǒng)方法的局限，實現(xiàn)了信號發(fā)生器多波形輸出以及方便調(diào)頻、調(diào)幅的功能。文中詳細(xì)闡述了直接數(shù)字頻率合成（DDS）、波形產(chǎn)生以及調(diào)幅模塊的設(shè)計，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果。本文在探討函數(shù)信號發(fā)生器幾種實現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器。徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)基于FPGA的函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計摘要函數(shù)信號發(fā)生器是各種測試和實驗過程中不可缺少的工具，在通信、測量、雷達(dá)、控制、教學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，對相應(yīng)的測試儀器和測試手段也提出了更高的要求，信號發(fā)生器己成為測試儀器中至關(guān)重要的一類。在對直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)充分了解后，本文選擇以Altera公司生產(chǎn)的FPGA芯片為核心，以硬件描述語言Verilog HDL為開發(fā)語言，設(shè)計實現(xiàn)了可以產(chǎn)生任意波形（以正弦波為例）和固定波形的（以方波和鋸齒波為例）的函數(shù)信號發(fā)生器。本文最后給出了整個系統(tǒng)的仿真結(jié)果，即正弦波、方波、鋸齒波的波形輸出。關(guān)鍵詞 函數(shù)信號發(fā)生器；直接數(shù)字頻率合成；現(xiàn)場可編程門陣列；Verilog HDLAbstractFunction Generator is an indispensable tool in a process of various tests and experiments. It is widely used in munication, measurement, radar, control, teaching and other fields. With the development of China39。不論是在生產(chǎn)、科研還是教學(xué)上，信號發(fā)生器都是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，對相應(yīng)的測試儀器和測試手段也提出了更高的要求，信號發(fā)生器己成為測試儀器中至關(guān)重要的一類，因此開發(fā)信號發(fā)生器具有重大意義。本課題的目的是研究函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方法，克服傳統(tǒng)方法的缺點，用更好的方法設(shè)計出比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)幅功能的函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換和頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號，還可對頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動態(tài)及時的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動測試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動控制系統(tǒng)、振動激勵、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價格貴、功耗大等缺點，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D和D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的函數(shù)發(fā)生器，但是HP公司推出了型號為HP77OS的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由HP877OA任意波形數(shù)字化和HP1776A波形發(fā)生軟件組成。不久以后，Analogic公司推出了型號為Data2020的多波形合成器，Lecroy公司生產(chǎn)的型號為9100的任意波形發(fā)生器等。2003年，Agilent的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)20M。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。同時可以利用一種強有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個比較簡單的公式復(fù)合成v=f(t)形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。目前可以利用可視化編程語言(如 Visual Basic，VisualC等等)編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計算機顯示屏上輸入任意波形，來實現(xiàn)波形的輸入。目前，波形發(fā)生器由獨立的臺式儀器和適用于個人計算機的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺式儀器更為方便。不過現(xiàn)在新的臺式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。經(jīng)過將近30年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高，其變得操作越來越簡單，而輸出波形的能力越來越強。本文在廣泛收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對直接數(shù)字頻率合成技術(shù)進(jìn)行了深入研究，采用可編程邏輯器件完成了本次設(shè)計。利用硬件編程語言設(shè)計乘法器，實現(xiàn)波形的幅度調(diào)制功能。2系統(tǒng)基本原理任意波形發(fā)生器的實現(xiàn)方案主要有程序控制輸出、DMA輸出、可變時鐘計數(shù)器尋址和直接數(shù)字頻率合成等多種方式。這種方式具有電路簡單、實現(xiàn)方便等特點。波形數(shù)據(jù)輸出依靠指令的執(zhí)行來完成，當(dāng)需要同時輸出多個信號時，相鄰信號通道的輸出存在時間差，受計算機運行速度的限制，輸出信號的頻率較低。DMA方式輸出信號，可以大大提高信號的數(shù)據(jù)輸出速率。在一個DMA操作中，只能在一個D/A轉(zhuǎn)換器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)多通道的信號輸出。原理框圖如圖21所示。計數(shù)器產(chǎn)生的地址碼提供讀出存儲器中波形數(shù)據(jù)所需要的地址信號，波形數(shù)據(jù)依次讀出后送至高速D/A轉(zhuǎn)換器，將之轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，經(jīng)低通濾波器后輸出所需的波形。但其取樣時頻率較高，對硬件的要求也較高，而且常需多級分頻或采用高性能的鎖相環(huán)，其中分頻式的任意波形發(fā)生器頻率分辨率低，鎖相式的任意波形發(fā)生器頻率切換速度慢。由于用硬件電路取代了計算機的控制，信號輸出穩(wěn)定度高。更主要的是，可以將微處理器從信號輸出的負(fù)擔(dān)中解脫出來。圖22直接數(shù)字頻率合成方式的任意波形發(fā)生器基于對函數(shù)信號發(fā)生器的幾種實現(xiàn)方式的了解，本文選擇方便調(diào)頻、調(diào)幅的直接頻率合成DDS技術(shù)來實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器。頻率合成理論早在30年代就開始提出，迄今為止已有70年的發(fā)展歷史。頻率合成大致經(jīng)歷了三個主要階段：